Znanstvene vijesti — 14.07.2020.

Anomalous temperature dependence of exciton spectral diffusion in tetracene thin film

Naši kolege Marin Petrović i Marko Kralj, u suradnji s istraživačima sa Sveučilišta u Kyotu, objavili su rad u visoko-rangiranom časopisu The Journal of Physical Chemistry Letters. Korištenje epitaksijalnog grafena kao podloge za pripremu tankog filma tetracena je omogućilo karakterizaciju novih procesa relevantnih za spektralnu difuziju ekscitona u tetracenu.

Anomalous temperature dependence of exciton spectral diffusion in tetracene thin film

Tatsuya Yoshida, Kazuya Watanabe, Marin Petrović, and Marko Kralj, The Journal of Physical Chemistry Letters 11, 5248 (2020).

DOI: https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01537

Ekscitoni su vezanja stanja parova elektrona i šupljina koja se mogu naći u različitim kvantnim sistemima, uključujući molekule. Dinamika ekscitona u molekularnim sistemima ovisi o nekoliko parametara: magnitudi fluktuacije ekscitonske energije i odgovarajućem korelacijskom vremenu, eksciton-fonon vezanju, te intermolekularnom vezanju ekscitona. Stvarna dinamika ekscitona u molekularnim agregatima je određena finom međuigrom ovih parametara, te je kao takva često nedostupna eksperimentalnim mjerenjima.

Autori su korištenjem dvodimenzionalne elektronske spektroskopije (two-dimensional electron spectroscopy, 2DES) istražili spektralnu difuziju ekscitona u tankom filmu tetracena debljine 4 nm. Film je deponiran na jedan sloj grafena na Ir(111) (vidi Sliku 1). Atomski ravan grafen i njegovo savršeno poravnanje s monokristalom iridija na kojem se nalazi omogućuju pripremu strukturno dobro definiranog filma tetracena. Takvi uzorci tetracena ne sadrže inherentnu nehomogenost, što je prednost u odnosu na prethodne radove, te su izvrsni kandidati za istraživanje raznih procesa koji utječu na dinamiku ekscitona.

Slika 1. Shematski prikaz filma tetracena pripremljenog na Ir(111) substratu prikrivenom grafenom. 2DES mjerenja su izvršena u ultra-visokom vakuumu u refleksivnoj geometriji kao što je ilustrirano. Molekule tetracena su posložene u slojeve i imaju tzv. herringbone strukturu.

Slika 1. Shematski prikaz filma tetracena pripremljenog na Ir(111) substratu prikrivenom grafenom. 2DES mjerenja su izvršena u ultra-visokom vakuumu u refleksivnoj geometriji kao što je ilustrirano. Molekule tetracena su posložene u slojeve i imaju tzv. herringbone strukturu.

Iz 2DES mjerenja i komplementarnog teorijskog modeliranja, autori su otkrili da je spektralna difuzija ekscitona tetracena najniže energije određena dvama procesima čije magnitude pokazuju različite temperaturne ovisnosti (vidi Sliku 2). Prvi proces odgovara linearnom vezanju na fonone, dok drugi potječe od aharmoničkog vezanja između fonona niske frekvencije i visoko-frekventnih intramolekularnih fonona. Ova saznanja pružaju novi uvid u ultrabrzu neadijabatsku dinamiku molekularnih ekscitona, te mogu poslužiti kao vrijedan ulazni parametar za buduća teorijska predviđanja sličnih procesa.

Slika 2. Temperaturna ovisnost fluktuacije energije ekscitona za dvije komponente (delta1 – linearno vezanje na fonone, i delta2 – aharmoničko vezanje između fonona niske frekvencije i intramolekularnih fonona visoke frekvencije) dobivena iz 2DES mjerenja. Crvene i crne crte su prilagodbe na različite teorijske modele.

Slika 2. Temperaturna ovisnost fluktuacije energije ekscitona za dvije komponente (∆1– linearno vezanje na fonone, i ∆2– aharmoničko vezanje između fonona niske frekvencije i intramolekularnih fonona visoke frekvencije) dobivena iz 2DES mjerenja. Crvene i crne crte su prilagodbe na različite teorijske modele.

 

 

 

 

IF Ⓒ 2017