纳米尺度单线态激子裂变：掺杂红有机薄膜的指数依赖性与电子转移

"掺re红有机薄膜中分子间单线态激子裂变的纳米尺度指数距离依赖性和电子转移模型" 本文研究的核心是单线态激子裂变(singlet fission)现象，这是一种在有机光伏器件中具有潜力的物理过程。在分子材料中，单线态激子可以分裂为两个三重态激子，从而提高太阳能转换效率。传统的解释机制是通过电子转移模型，其中涉及两次协同的电子转移，导致单线态向三重态的转换。 在实验中，研究者使用了一种高效的裂变材料——红荧烯(rubrene)，将其掺杂到其他主体材料中，形成了隔离的红荧烯分子。红荧烯的最低未占据分子轨道(LUMO)能级与主体分子之间的能量差异，形成了一道分子间电子转移的隧穿势垒。通过瞬态荧光光谱法，研究者观察了五个系列的样品，这些样品具有不同宽度和高度的势垒，旨在探究势垒对单线态裂变速率的影响。 实验结果显示，随着红荧烯分子间的距离增加，单线态裂变的转换速率呈现指数下降趋势。这表明裂变动力学确实与势垒效应相关。这些发现支持了分子间单线态激子裂变的电子转移模型，即裂变过程受到电子隧穿势垒的显著影响。这对理解单线态裂变的基本机制至关重要，因为它揭示了影响这一过程的纳米尺度上的距离依赖性。 此外，文中还提到了超交换模型(superexchange model)，这可能是在电子转移模型之外，另一种描述分子间相互作用和能量传递的理论框架。超交换模型通常涉及到通过共轭π键系统进行的非直接受到电子转移的耦合，但在这里，它可能是解释分子间单线态裂变动力学的补充机制。 这项研究揭示了在掺杂红荧烯的有机薄膜中，单线态激子裂变与分子间的纳米距离和电子转移势垒有显著关联，这为设计和优化有机光伏材料提供了重要的理论依据。未来的研究可能会进一步探索如何调控势垒性质以优化裂变效率，以及超交换模型在这一过程中的具体作用。