受激双层石墨烯量子点中的激子耦合动态变化（英文）

有机聚集体中分子间相互作用决定了聚集体的光物理性质,从而显著影响基于此类材料的光伏器件性能.分子间激子耦合(或电偶极耦合)是一种常见且重要的分子间相互作用.本文利用瞬态吸收光谱研究了石墨烯量子点二聚体(一种大稠环芳烃的π-π堆叠二聚体)中的激子耦合作用.发现了瞬态吸收谱随泵浦-探测延时的演化起源于二聚体激发态中激子耦合强弱的动态变化.通过拟合瞬态光谱,进一步证实了可利用最低能量的两个振动吸收峰的瞬态吸收动力学直接表征二聚体中激子耦合强度的动态变化.     

分子聚集体中激子-激子湮灭过程

分子的激发能量转移和电荷转移是提高光伏电池和发光二极管效率的关键问题,其中分子聚集体中的激子-激子湮灭过程是影响分子激发能量转移的重要方面,细致研究激子-激子湮灭的动力学过程并与相关的瞬间吸收谱信号对比对相关的理论和实验都有重要意义.本文在分子间弱耦合近似下,用经典的率方程,应用方酸分子的基本参数对激子-激子湮灭过程做了微观描述,通过改变相关参数,研究了外场激发强度、聚集体的偶极矩位形、分子内的衰变率等因素对激子-激子湮灭过程的影响,分析了激子在第一激发态和高阶激发态的驰豫时间、电荷转移相干时间、激子融合和湮灭时间之间的关系,得到的结论适用于高阶激发态能级能量约为第一激发态能级能量的2倍的分子组成的分子聚集体.研究发现,J型聚集体由于相干能量转移时间较短,比H型聚集体有更高的湮灭率.激发场强越强,激子-激子湮灭的效率越高.分子高阶激发态的衰变率是激子-激子湮灭过程的关键因素.     

高效级联量子耗散动力学计算相干二维光谱方法的发展

为了能够高效计算非线性光学响应函数,提出了级联方程组的混合海森堡-薛定谔方案以及块矩阵操作方法. 同时,这些方法也与最近发展的级联方程组的最优构建和过滤传播子相结合, 模拟了不同光学四波混频配置下激子二聚体模型体系的相干二维光谱,重点研究了其中分子间转移耦合和激子{激子相互作用的影响.     

叶黄素聚集体吸收光谱的实验分析与理论模拟

分子聚集体表现出单分子所不具备的特有功能,利用吸收光谱对聚集体分子结构特性的研究是理解其电子和能量转移功能的基础。实验中利用紫外-可见分光光度计,检测了叶黄素在乙醇溶液中的单体吸收谱和在1∶1乙醇水溶液中的聚集体吸收谱。并通过对叶黄素单体吸收谱的高斯分解,获得了激发态的振动能级结构参数。理论上采用时间相关函数描述的吸收谱线和Frenkel激子模型,通过模拟单分子吸收光谱,获得了叶黄素分子的激发能、特征模振动频率、Huang-Phys因子等参数。再利用这些参数进行了聚集体分子光谱的模拟,分析了叶黄素聚集体的分子结构影响光谱变化的原因。结果表明,(1) 分子间的相互作用是决定吸收光谱峰位移动的主要原因,实验中叶黄素H-聚集体的吸收光谱较单体蓝移了77 nm,模拟显示相互作用在2 000 cm-1附近;(2) 聚集体分子个数越多,聚集协作效应越大,吸收光谱半高宽变小,同时吸收峰进一步蓝移;(3) 环境的无序度对吸收光谱的半高宽也存在较大的影响,无序度越大,吸收光谱半高宽越大。实验结果为进一步研究聚集体在生物系统和材料系统中的功能提供了理论依据。     

共轭高聚物双分子链中激子生成的动力学研究

通过对耦合共轭高分子双链中激子生成的动力学研究,讨论了受到光激发后,激子在分子内或分子间生成的制约因素.激子的生成除了受分子链间耦合强度的制约,还受到光激发模式的影响.结果表明,激子既可以在分子内生成,也可以在耦合分子间生成.增大分子之间的相互作用强度,可以增大在分子之间生成激子的概率.     

LB薄膜中四新戊氧基酞菁锌和四壬基酞菁铜分子聚集体的吸收光谱的温度特性

本文制备了四新戊氧基酞菁锌(Tetra-neopentoxy phthalocyanine zine)(TNPPeZn)和四壬基酞菁铜(Tetra-nonyl phthalocyanine copper)(TNPeCu)两种酞菁衍生物的Langmuir-Blodgett(LB)薄膜.通过测量10～473K温度下的吸收光谱,研究了两种薄膜的分子聚集状态.TNPPeZn的LB薄膜中,存在着分子单体和分子二聚体,在吸收光谱中分别表现为680nm和620nm的吸收峰.随着温度的升高,分子单体逐渐转变为分子二聚体,这个过程是不可逆的.TNPeCu的LB薄膜中,除了分子单体和分子二聚体以外,还有吸收为740nm的分子J聚集体存在.随着温度的变化,J聚集体发生可逆变化.     

利用磁致发光曲线研究Rubrene器件中激子分裂和湮没过程

为了研究Rubrene分子中激发态的能量共振和分子间π-π共轭的特性对有机磁效应的影响, 本文制备了基于不同浓度和厚度的Rubrene有机发光器件, 并在不同温度下测量了器件的电致发光磁效应(magneto-electroluminescence, MEL). 实验发现, 发光层中Rubrene的厚度和浓度均可以对器件中的MEL产生较大的影响, 室温下MEL的高场值随Rubrene层厚度的增加而增加, 并在30 nm之后逐步趋于饱和; 随着Rubrene分子的浓度和测量温度的降低, MEL高场增加的幅度逐渐减小, 甚至在低温时出现高场下降. 通过对实验曲线进行数值拟合, 认为Rubrene分子之间形成的π-π共轭结构有助于双分子相互作用的发生, 单重态激子分裂、三重态激子之间的湮没和单-三重态极化子对的系间窜越三种过程在器件中相互竞争导致了所得MEL的变化. 本工作有助于加深对有机光电子器件内部机理的认识.     

共轭高聚物双分子结构中激子电致解离的动力学研究

通过绝热动力学方法,研究了共轭高聚物双分子结构中激子对外加电场的响应.当外电场强度超过某个临界值时,激子会被解离成一对自由的电子与空穴.对于双分子结构中的激子,其临界解离电场除了受电子与电子相互作用以及电声相互作用影响之外,还受分子间相互作用的影响.由动力学演化的计算得到,激子临界解离电场强度随分子间相互作用强度的增大而呈非线性降低;随电子与电子相互作用强度的增大呈非线性减小的变化;但是,随电声耦合强度的增大却呈现出线性增大的变化.     

双分子链中非线性多激子态的动力学研究

在超快激光激发下分子聚集体内有多个激子产生.针对具有链间耦合的双分子链系统,应用密度矩阵理论,在偶极-偶极近似和算符算术平均值近似下通过求解量子主方程计算了不同双链构型下的多激子动力学过程.研究发现在光激发作用下的多激子离域在双链分子系统中,在能量表象下形成激子态能带.激子态能带的宽度和激子占据能级随双分子链构型的不同而不同.对于链间和链内均为H型排列的分子链,激子态能带变宽,激子态优先占据在高阶能级上.在不同能级下的激子具有不同的动力学演变特点.若链间耦合较强,激子态通过链间耦合传递,与分子是否直接受到激发没有直接关系,激发态在两个链内的转移周期与最近邻的链间耦合有直接关系.     

利用重正化激子方法计算离域离子态或激发态的一阶分子性质

近年来,重正化激子方法已快速发展为一种新兴的低标度从头算激发态量子化学方法. 该方法假定大体系的整体激发态是其若干子体系局域激发态的线性组合,并利用有效哈密顿理论来高精度计算这些局域态之间的耦合. 在本文中,通过将有效哈密顿理论拓展到普适的有效算符方案,实现了重正化激子方法对于大体系离域电子态的一阶分子性质(如电荷布居、跃迁偶极矩)的高效计算. 对于四种不同的分子聚集体(氨、甲醛、乙烯、吡咯)的离域离子态和激发态的重正化激子计算测试证实：新方法可以同时实现大体系低能离域电子态的能量和波函数性质的高效高精度计算.