Singlet fission의 orbital-resolved 관찰
Abstract
Singlet fission은 singlet exciton을 2개의 triplet exciton으로 변환하여 excited 전하 캐리어의 수를 두 배로 늘림으로써 광전지 효율을 높일 수 있습니다. Singlet fission의 기본 단계는 상관된 triplet 쌍의 초고속 생성입니다. 이 단계를 설명하기 위해 여러 메커니즘이 제안되었지만 합의된 것은 없습니다. 문제는 일시적인 excitonic 상태를 추적하는 데 있습니다.
이 연구에서는 시간 및 각도 분해 광전자 방출 분광법을 사용하여 결정성 pentacene에서 singlet fission의 기본 단계를 관찰합니다. 우리의 결과는 가장 낮은 밝은 singlet exciton에서 Frenkel과 전하 이동 상태의 혼성화로 전하 이동 매개 메커니즘을 나타냅니다. 우리는 모멘텀 맵에 기록된 exciton 파동 함수의 위치 및 궤도 특성에 대한 지식을 얻었습니다.
이를 통해 우리는 singlet 및 이중 triplet exciton의 위치를 직접 비교하고 궤도 특성을 기반으로 에너지적으로 겹치는 상태를 분해할 수 있었습니다. 궤도 및 지역화 해결 다체 동역학은 분자 시스템 및 위상 물질을 지배하는 역학에 대한 깊은 통찰력을 제공합니다.
Figure
[Figure 1] Singlet fission, 실험 원리 및 설정
(A) SF 반응 방식.
(B) 확장 파동 함수의 운동량 지도 그림.
(C) 실험 설계.
(D) Pentacene의 분자 모델.
[Figure 2] trARPES를 통한 SF 조사
(A) SF 동안 pentacene의 PE 강도 시각화.
(B) Singlet exciton의 모멘텀 맵.
[Figure 3] PE 전환
(A-C) 관련 초기 상태의 상태 다이어그램과 전환.
(A) Bitriplet exciton 1TT
(B) Singlet exciton S1
(C) 각 전이의 PE 후 광전자와 양이온 최종 상태.
[Figure 4] 더 긴 지연에서 궤도 투영 역학 및 진화
(A) 차동 PE 강도를 보여주는 pentacene에서 SF의 모멘텀 통합 역학.
(B) E − Evbm에서의 모멘텀 매핑과 분해 절차의 그림.
(C, D) HOMO (c) 및 LUMO (d) 문자가 있는 상태의 역학.
(E) 모델 핏으로 표시된 흥분 상태의 궤도 투영 모집단 동역학.
(F) 궤도 투영이 아닌 더 긴 지연에서 singlet 및 더 낮은 에너지 신호의 역학.
(G) 더 긴 시간 지연에서 더 낮은 에너지 신호의 모멘텀 맵.