Tripletos con un giro: cruce intersistémico ultrarrápido en una serie de materiales receptores de electrones...

Área de la Ciencia:

• Productos electrónicos orgánicos
• La fotofísica
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los excitones singlet y triplet son fundamentales para los dispositivos de semiconductores orgánicos como las células solares y los LED.
• La gestión de las poblaciones de excitones, en particular los estados triplet, es fundamental para optimizar el rendimiento de los dispositivos y explorar nuevos mecanismos de conversión de energía.
• El cruce entre sistemas (ISC) es un proceso fotofísico clave que rige la interconversión entre excitones singlet y triplet.

Objetivo del estudio:

• Diseñar, sintetizar y caracterizar nuevas moléculas aceptadoras de electrones con dinámica de excitón controlada.
• Investigar la velocidad y los mecanismos de cruce intersistémico (ISC) en estas moléculas tanto en estado sólido como en estado disuelto.
• Aclarar el papel de la estructura molecular y la morfología de la película en la facilitación de la CSI rápida para aplicaciones potenciales en electrónica orgánica.

Principales métodos:

• Espectroscopia de absorción transitoria ultrarrápida
• Espectroscopia de fotoluminiscencia de banda ancha ultrarrápida
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT)
• Síntesis de nuevas moléculas aceptoras de electrones y sistemas modelo de oligotiofeno

Principales resultados:

• Se observó la formación de tripletes intramoleculares en picosegundos en solución, significativamente más rápido en estado sólido.
• Se descubrió que el ISC es lo suficientemente rápido como para competir con la formación de cargas en las células solares orgánicas, lo que indica su papel en la pérdida de excitón intrínseco.
• Los cálculos de DFT identificaron desviaciones de la simetría π orbital en estados excitados triplet, vinculados a anillos de tiofeno flexibles, como cruciales para el ISC.
• Se demostró que el trastorno de conformación en películas y vasos de disolvente aceleraba significativamente la CSI, incluso a temperaturas más bajas.

Conclusiones:

• El diseño molecular y el control del trastorno conformacional son clave para ajustar las tasas de ISC en semiconductores orgánicos.
• El ISC rápido en los aceptores de electrones puede ser un canal de pérdida intrínseco en las células solares orgánicas, lo que influye en la eficiencia del dispositivo.
• Comprender y controlar el ISC proporciona un marco para la ingeniería molecular de los estados de espín en materiales electrónicos orgánicos.