zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-804Research ArticleСтатьиТушение триплетных экситонов дублетными центрами в нанореакторе при наличии внешнего магнитного поляTriplet Excitons Quenching by Doublet Centers in the Nanoreactor with External Magnetic FieldКучеренкоМ. Г.KucherenkoM. G.

460018, Оренбург

Orenburg, 460018

clibph@yandex.ruПеньковС. А.PenkovS. A.

460018, Оренбург

Orenburg, 460018

ingineer-rf2013@yandex.ruОренбургский государственный университетOrenburg State University202128052021882202210Copyright © Кучеренко М.Г., Пеньков С.А., 20212021Кучеренко М.Г., Пеньков С.А.Kucherenko M.G., Penkov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/804

Исследован процесс спин-селективного тушения триплетного (T) экситона неподвижным спиновым дублетным (D) центром в наночастице из органического полупроводника (антрацен, тетрацен, MEH-PPV). Случайные блуждания Т-экситона в шаровой нанообласти кристалла или полимерной глобулы моделировались на основе решения краевой диффузионной задачи Неймана. Проведены расчеты временных зависимостей неселективной по спину скорости тушения Т-возбуждений при различных геометрических и диффузионных параметрах. Учет спиновой динамики T-D-пары реагентов позволяет провести расчеты магнитополевых эффектов скорости T-D-тушения, в которых обнаруживается сильное влияние размера наночастицы и стартового расположения Т-экситона и дублетного стока на абсолютную величину эффекта. Полученные радиальные зависимости магнитополевой модуляции эффективности тушения могут быть аппроксимированы суперпозицией двух экспонент.

The process of spin-selective quenching of a triplet (T) exciton by a fixed spin doublet (D) center in an organic semiconductor nanoparticle (anthracene, tetracene, MEH-PPV) was studied. Random walks of the T-exciton in a spherical nanovolume of a crystal or polymer globule were modeled on the basis of solution of the Neumann boundary diffusion condition. Time dependences of the non-selective on spin quenching rate of T-excitations for different values of geometric and diffusion parameters were calculated. The account of the spin dynamics of T-D-pair reagents allowed calculating magnetic field effects of T-D-quenching rate, which showed a strong influence of the nanoparticles size and initial position of the T-exciton and doublet sink on the absolute value of the effect. The obtained radial dependences of the magnetic field modulation of the quenching efficiency can be approximated by a superposition of two exponents.

наночастицы органических полупроводниковмолекулярные экситонытри-плет-дублетное тушениефункции Гринаorganic semiconductor nanoparticlesmolecular excitonstriplet-doublet quenchingGreen’s functionsРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках научного проекта № FSGU-2020-0003ReferencesU. E. Steiner, T. Ulrich. Chem. Rev., 89, N 1 (1989) 51—147, doi: 10.1021/cr00091a003U. E. Steiner, T. Ulrich. Chem. Rev., 89, N 1 (1989) 51—147, doi: 10.1021/cr00091a003C. E. Swenberg, N. E. Geacintov. Organic Molecular Photophysics, Ed. J. B. Birks, 1, New York, Wiley (1973) 489—564C. E. Swenberg, N. E. Geacintov. Organic Molecular Photophysics, Ed. J. B. Birks, 1, New York, Wiley (1973) 489—564K. Salikhov, Y. N. Molin, R. Z. Sagdeev, A. L. Buchachenko. Spin Polarization and Magnetic Field Effects in Radical Reactions, Ed. Y. M. Molin, Amsterdam, Elsevier (1984) 419K. Salikhov, Y. N. Molin, R. Z. Sagdeev, A. L. Buchachenko. Spin Polarization and Magnetic Field Effects in Radical Reactions, Ed. Y. M. Molin, Amsterdam, Elsevier (1984) 419A. H. Davis, K. Bussmann. J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surf. Film, 22, N 4 (2004) 1885—1891, doi: 10.1116/1.1759347A. H. Davis, K. Bussmann. J. Vacuum Sci. Technol. A: Vacuum, Surf. Film, 22, N 4 (2004) 1885—1891, doi: 10.1116/1.1759347Q. Peng, P. Chen, F. Li. Synthetic Metals, 173 (2013) 31—34, doi: 10.1016/j.synthmet.2013.01.001Q. Peng, P. Chen, F. Li. Synthetic Metals, 173 (2013) 31—34, doi: 10.1016/j.synthmet.2013.01.001W. Jia, Q. Chen, Y. Chen, L. Chena, Z. Xiong. Phys. Chem. Chem. Phys., 18 (2016) 30733—30739, doi: 10.1039/C6CP06322EW. Jia, Q. Chen, Y. Chen, L. Chena, Z. Xiong. Phys. Chem. Chem. Phys., 18 (2016) 30733—30739, doi: 10.1039/C6CP06322EV. Dyakonov, N. Gauss, G. Rijsler, S. Karg, W. Riess, M. Schwoerer. Chem. Phys., 189, N 3 (1994) 687—695, doi: 10.1016/0301-0104(94)00340-8V. Dyakonov, N. Gauss, G. Rijsler, S. Karg, W. Riess, M. Schwoerer. Chem. Phys., 189, N 3 (1994) 687—695, doi: 10.1016/0301-0104(94)00340-8A. Kawai, K. Shibuya. J. Phys. Chem. A, 106, N 51 (2002) 12305—12314, doi: 10.1021/jp021689A. Kawai, K. Shibuya. J. Phys. Chem. A, 106, N 51 (2002) 12305—12314, doi: 10.1021/jp021689O. Taboubi, M. Radaoui, H. Saidi, A. Ben Fredj, S. Romdhane, D. A. M. Egbe, H. Bouchriha. Organic. Electron., 62 (2018) 637—642, doi: 10.1016/j.orgel.2018.06.050O. Taboubi, M. Radaoui, H. Saidi, A. Ben Fredj, S. Romdhane, D. A. M. Egbe, H. Bouchriha. Organic. Electron., 62 (2018) 637—642, doi: 10.1016/j.orgel.2018.06.050J. Y. Yu, I. W. P. Chen, C. H. Chen, S. J. Lee, I. C. Chen, C. S. Lin, C. H. Cheng. J. Phys. Chem. C, 112, N 8 (2008) 3097—3102, doi: 10.1021/jp075981hJ. Y. Yu, I. W. P. Chen, C. H. Chen, S. J. Lee, I. C. Chen, C. S. Lin, C. H. Cheng. J. Phys. Chem. C, 112, N 8 (2008) 3097—3102, doi: 10.1021/jp075981hY. C. Chao, C. H. Chung, H. W. Zan, H. F. Meng, M. C. Ku. Appl. Phys. Lett., 99, N 23 (2011) 233308, doi: 10.1063/1.3668086Y. C. Chao, C. H. Chung, H. W. Zan, H. F. Meng, M. C. Ku. Appl. Phys. Lett., 99, N 23 (2011) 233308, doi: 10.1063/1.3668086W. W. Liang, C. Y. Chang, Y. Y. Lai, S. W. Cheng, H. H. Chang, Y. Y. Lai, Y. J. Cheng, C. L. Wang, C. S. Hsu. Macromolecules, 46, N 12 (2013) 4781—4789, doi: 10.1021/ma400290xW. W. Liang, C. Y. Chang, Y. Y. Lai, S. W. Cheng, H. H. Chang, Y. Y. Lai, Y. J. Cheng, C. L. Wang, C. S. Hsu. Macromolecules, 46, N 12 (2013) 4781—4789, doi: 10.1021/ma400290xHohjai Lee, Nan Yang, Adam E. Cohen. Nano Lett., 11, N 12 (2011) 5367—5372, doi: 10.1021/nl202950hHohjai Lee, Nan Yang, Adam E. Cohen. Nano Lett., 11, N 12 (2011) 5367—5372, doi: 10.1021/nl202950hDali Sun, Tek P. Basel, Bhoj R. Gautam, Wei Han, Xin Jiang, Stuart S. P. Parkin, Z. Valy Vardeny. SPIN, 4, N 1 (2014) 1450002 (1-10), doi: 10.1142/S2010324714500027Dali Sun, Tek P. Basel, Bhoj R. Gautam, Wei Han, Xin Jiang, Stuart S. P. Parkin, Z. Valy Vardeny. SPIN, 4, N 1 (2014) 1450002 (1-10), doi: 10.1142/S2010324714500027Y. S. Zhao, P. Zhan, J. Kim, C. Sun, J. Huang. ACS Nano., 4, N 3 (2010) 1630—1636, doi: 10.1021/nn901567zY. S. Zhao, P. Zhan, J. Kim, C. Sun, J. Huang. ACS Nano., 4, N 3 (2010) 1630—1636, doi: 10.1021/nn901567zP. Avakian, R. E. Merrifield. Mol. Cryst., 5, N 1 (1968) 37—77, doi: 10.1080/15421406808082930P. Avakian, R. E. Merrifield. Mol. Cryst., 5, N 1 (1968) 37—77, doi: 10.1080/15421406808082930S. A. Penkov. J. Macromol. Sci. B: Phys., 59, N 6 (2020) 366—375, doi: 10.1080/00222348.2020.1728897S. A. Penkov. J. Macromol. Sci. B: Phys., 59, N 6 (2020) 366—375, doi: 10.1080/00222348.2020.1728897A. Suna. Phys. Rev. B., 1, N 4 (1970) 1716—1738, doi: 10.1103/PhysRevB.1.1716A. Suna. Phys. Rev. B., 1, N 4 (1970) 1716—1738, doi: 10.1103/PhysRevB.1.1716A. J. Vega, D. Fiat. J. Mag. Res., 19, N 1 (1975) 21—30, doi: 10.1016/0022-2364(75)90024-4A. J. Vega, D. Fiat. J. Mag. Res., 19, N 1 (1975) 21—30, doi: 10.1016/0022-2364(75)90024-4A. I. Shushin. J. Chem. Phys., 101, N 10 (1994) 8747—8756, doi: 10.1063/1.468069A. I. Shushin. J. Chem. Phys., 101, N 10 (1994) 8747—8756, doi: 10.1063/1.468069S. I. Kubarev, S. V. Sheberstov, A. S. Shustov. Chem. Phys. Lett., 73, N 2 (1980) 370—374, doi: 10.1016/0009-2614(80)80391(1—5)S. I. Kubarev, S. V. Sheberstov, A. S. Shustov. Chem. Phys. Lett., 73, N 2 (1980) 370—374, doi: 10.1016/0009-2614(80)80391(1—5)T. Barhoumi, J. L. Monge, M. Mejatty, H. Bouchriha. Eur. Phys. J. B, 59 (2007) 167—172, doi: 10.1140/epjb/e2007-00277-1T. Barhoumi, J. L. Monge, M. Mejatty, H. Bouchriha. Eur. Phys. J. B, 59 (2007) 167—172, doi: 10.1140/epjb/e2007-00277-1P. S. Emani, Y. Y. Yimer, S. K. Davidowski, R. N. Gebhart, H. E. Ferreira, I. Kuprov, J. Pfaendt-ner, G. P. Drobny. J. Phys. Chem. B., 123, N 51 (2019) 10915—10929, doi: 10.1021/acs.jpcb.9b09245P. S. Emani, Y. Y. Yimer, S. K. Davidowski, R. N. Gebhart, H. E. Ferreira, I. Kuprov, J. Pfaendt-ner, G. P. Drobny. J. Phys. Chem. B., 123, N 51 (2019) 10915—10929, doi: 10.1021/acs.jpcb.9b09245М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Материалы Всерос. науч.-метод. конф. “Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры”, Оренбург. гос. ун-т (2017) 1796—1802М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Материалы Всерос. науч.-метод. конф. “Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры”, Оренбург. гос. ун-т (2017) 1796—1802М. Г. Кучеренко. Вестн. ОГУ, 207, № 7 (2017) 97М. Г. Кучеренко. Вестн. ОГУ, 207, № 7 (2017) 97S. A. Pen’kov, M. G. Kucherenko. Proc. Russ.-Japan. Conf. “Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials”, 30—31 October 2018, Orenburg, Orenburg State Un-ty (2018) 44—46S. A. Pen’kov, M. G. Kucherenko. Proc. Russ.-Japan. Conf. “Chemical Physics of Molecules and Polyfunctional Materials”, 30—31 October 2018, Orenburg, Orenburg State Un-ty (2018) 44—46Р. З. Сагдеев, К. М. Салихов, Ю. Н. Молин. Успехи химии, 46, № 4 (1977) 569—601, doi: 10.1070/RC1977v046n04ABEH002133Р. З. Сагдеев, К. М. Салихов, Ю. Н. Молин. Успехи химии, 46, № 4 (1977) 569—601, doi: 10.1070/RC1977v046n04ABEH002133A. I. Shushin. Chem. Phys. Lett., 208, N 3-4 (1993) 173—178, doi: 10.1016/0009-2614(93)89057-OA. I. Shushin. Chem. Phys. Lett., 208, N 3-4 (1993) 173—178, doi: 10.1016/0009-2614(93)89057-OC. Corvaja, L. Franco, A. Toffoletti. Appl. Magn. Reson., 7 (1994) 257—269, doi: https://doi.org/10.1007/BF03162615C. Corvaja, L. Franco, A. Toffoletti. Appl. Magn. Reson., 7 (1994) 257—269, doi: https://doi.org/10.1007/BF03162615М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Хим. физика и мезоскопия, 17, № 3 (2015) 437—448М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Хим. физика и мезоскопия, 17, № 3 (2015) 437—448М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Хим. физика и мезоскопия, 21, № 2 (2019) 278—289, doi: 10.15350/17270529.2019.2.30М. Г. Кучеренко, С. А. Пеньков. Хим. физика и мезоскопия, 21, № 2 (2019) 278—289, doi: 10.15350/17270529.2019.2.30L. R. Faulkner, A. J. Bard. J. Am. Chem. Soc., 91, N 23 (1969) 6497—6498L. R. Faulkner, A. J. Bard. J. Am. Chem. Soc., 91, N 23 (1969) 6497—6498E. H. Gilmore, G. E. Gibson, D. S. McClure. J. Chem. Phys. 20, N 5 (1952) 829—836E. H. Gilmore, G. E. Gibson, D. S. McClure. J. Chem. Phys. 20, N 5 (1952) 829—836H. D. Burrows, J. Seixas de Melo, C. Serpa, L. G. Arnaut, A. P. Monkman, I. Hamblett, S. Nava-ratnam. J. Chem. Phys., 115, N 20 (2001) 9601—9606H. D. Burrows, J. Seixas de Melo, C. Serpa, L. G. Arnaut, A. P. Monkman, I. Hamblett, S. Nava-ratnam. J. Chem. Phys., 115, N 20 (2001) 9601—9606G. Porter, F. Wilkinson. Proc. Royal Soc. London, Ser. A, Math. Phys. Sci., 264, N 1316 (1961) 1—18G. Porter, F. Wilkinson. Proc. Royal Soc. London, Ser. A, Math. Phys. Sci., 264, N 1316 (1961) 1—18А. Н. Теренин. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Ленинград, Наука (1967)А. Н. Теренин. Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Ленинград, Наука (1967)C. Mijoule, J. M. Leclercq. J. Chem. Phys., 70, N 5 (1979) 2560—2568C. Mijoule, J. M. Leclercq. J. Chem. Phys., 70, N 5 (1979) 2560—2568R. C. Johnson, R. E. Merrifield. Phys. Rev. B, 1, N 2 (1970) 896—902R. C. Johnson, R. E. Merrifield. Phys. Rev. B, 1, N 2 (1970) 896—902А. Л. Бучаченко, Р. 3. Сагдеев, К. М. Салихов. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях, Новосибирск, Наука (1978)А. Л. Бучаченко, Р. 3. Сагдеев, К. М. Салихов. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях, Новосибирск, Наука (1978)С. И. Кубарев, А. С. Шустов. Влияние магнитного поля на элементарные процессы в конденсированной фазе. Теоретические проблемы химической физики, Москва, Наука (1982) 198—220С. И. Кубарев, А. С. Шустов. Влияние магнитного поля на элементарные процессы в конденсированной фазе. Теоретические проблемы химической физики, Москва, Наука (1982) 198—220В. П. Сакун, А. И. Шушин. Хим. физика, 4, № 9 (1983) 1155—1166В. П. Сакун, А. И. Шушин. Хим. физика, 4, № 9 (1983) 1155—1166

The authors declare that there are no conflicts of interest present.