[論文レビュー] Multiple Quintets via Singlet Fission in Ordered Films at Room Temperature

Daphné Lubert‐Perquel, Salvadori, Enrico+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2018

Organic Electronics and Photovoltaics参考文献 40被引用数 41

ひとこと要約

本研究は、EPR分光法を用いた角度依存性で同定された特定のペンタセン二量体ジオメトリに結びつく、秩序ある pentacene:p-terphenyl 固体溶液中で室温における異なる五重項励起子の形成を示している。

ABSTRACT

The growing interest in harnessing singlet fission for photovoltaic applications stems from the possibility of generating two excitons from a single photon. Quantum efficiencies above unity have been reported, yet the correlation between singlet fission and intermolecular geometry is poorly understood. To address this, we investigated ordered solid solutions of pentacene in p-terphenyl grown by organic molecular beam deposition. Two classes of dimers are expected from the crystal structure - parallel and herringbone - with intrinsically distinctive electronic coupling. Using electron paramagnetic resonance spectroscopy, we provide compelling evidence for the formation of distinct quintet excitons at room temperature. These are assigned to specific pentacene pairs according to their angular dependence. This work highlights the importance of controlling the intermolecular geometry and the need to develop adequate theoretical models to account for the relationship between structure and electronic interactions in strongly-coupled, high-spin molecular systems.

研究の動機と目的

• 固体状態の薄膜における singlet fission 効率と高スピン励起子形成に、分子間ジオメトリがどのように影響するかを理解する動機づけ。
• 有機分子ビーム蒸着法で成長させた、秩序ある pentacene:p-terphenyl 固体溶液を調査する。
• スペクトロスコピーの証拠を用いて、特定のペンタセン対ジオメトリ（平行配置 vs. ハーリングボーン配置）に、五重項励起子を同定・割り当てる。

提案手法

• 有機分子ビーム蒸着法を用いて、秩序ある pentacene:p-terphenyl 固体溶液を成長させる。
• 電子パラメトリック共鳴分光を用いてスピン状態と励起子の形成を探る。
• 信号の角度依存性を分析して、 quintet excitons を特定のペンタセン・ダイマーのジオメトリに割り当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 秩序ある pentacene:p-terphenyl 薄膜で室温の quintet excitons は singlet fission によって形成され得るか？
• RQ2 平行配置とハーリングボーンのダイマー形が電子結合と quintet の形成にどのように影響するか？
• RQ3 EPR の角度依存性は、異なるペンタセン対配置を見分けることができるか？

主な発見

• 室温で、singlet fission によって形成される distinct quintet excitons の説得力ある証拠。
• 角度依存性に基づき quintet excitons を特定のペンタセン対に割り当てられる。
• 分子間ジオメトリ（平行 vs. ハーリングボーン）が電子結合と高スピン状態の形成に決定的な影響を与える。