Exciton transport in molecular organic semiconductors boosted by transient quantum delocalization

激子 离域电子 扩散 化学物理 比克西顿 有机半导体 材料科学 凝聚态物理 物理 分子物理学 光电子学 量子力学
作者
Samuele Giannini,Wei-Tao Peng,Lorenzo Cupellini,Daniele Padula,Antoine Carof,Jochen Blumberger
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:63
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30308-5
摘要

Abstract Designing molecular materials with very large exciton diffusion lengths would remove some of the intrinsic limitations of present-day organic optoelectronic devices. Yet, the nature of excitons in these materials is still not sufficiently well understood. Here we present Frenkel exciton surface hopping, an efficient method to propagate excitons through truly nano-scale materials by solving the time-dependent Schrödinger equation coupled to nuclear motion. We find a clear correlation between diffusion constant and quantum delocalization of the exciton. In materials featuring some of the highest diffusion lengths to date, e.g. the non-fullerene acceptor Y6, the exciton propagates via a transient delocalization mechanism, reminiscent to what was recently proposed for charge transport. Yet, the extent of delocalization is rather modest, even in Y6, and found to be limited by the relatively large exciton reorganization energy. On this basis we chart out a path for rationally improving exciton transport in organic optoelectronic materials.
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