Preview

Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii

Advanced search

ULTRAFAST EXCITED-STATE DYNAMICS IN MOLECULAR AGGREGATES OF AN INDOTRICARBOCYANINE DYE

Abstract

The dynamics of transient absorption spectra of H*- and J-aggregates of an intoricarbocyanine dye was studied using femtosecond pump-probe spectroscopy. Transient bleaching decay of the H*-aggregates proceeds with two time constants of ~3 ps and ~30 ps upon excitation at 400 nm and with a single time constant of ~30 ps upon excitation at 800 nm. Transient bleaching decay of the J-aggregates contains two components with time constants of ~1 ps and ~20 ps, respectively, upon excitation at both 400 nm and 800 nm. The fast component in the transient bleaching decay of the H*-aggregates upon excitation at 400 nm correlates with a direct transition from the top of the exciton band to the ground state. The slow component is due to a competing relaxation from the top to the bottom of the exciton band followed by a transition to the ground state. The fast component in the transient bleaching decay of the J-aggregates corresponds to a direct transition from the nonthermalized excitonic state to the ground state. The slow component is related to the transition to the ground state after intraband exciton relaxation is complete. The longer delocalization length of excitons in the J-aggregates (9 molecules) compared to the H*-aggregates (4 molecules) is manifested in the narrowing of the ground-state absorption band and in the faster decay of the excited states. The H*-aggregates possess a narrow ground-state absorption band at 514 nm, and a weak absorption peaked at 756 nm. Upon excitation at 800 nm the transient bleaching peaks undergo a bathochromic shift as a result of inhomogeneous broadening.

About the Authors

N. V. Belko
A. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of the Belarusian State University; Belarusian State University
Belarus
Minsk


M. P. Samtsov
A. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of the Belarusian State University
Belarus
Minsk


S. A. Tikhomirov
B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Belarus
Minsk


O. V. Buganov
B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Belarus
Minsk


References

1. A. Ishchenko. Russ. Chem. Rev., 60, N 80 (1991) 865—884

2. H. Herz. Advances in Colloid and Interface Science, 8, N 3 (1977) 237—298

3. A. Mishra, R. K. Behera, P. K. Behera, B. K. Mishra, G. P. Behera. Chem. Rev., 100, N 6 (2000) 1973—2011

4. F. Würthner, T. E. Kaiser, C. R. Saha-Möller. Angew. Chem. Int. Ed., 50, N 15 (2011) 3376—23410

5. E. E. Jelley. Nature, 138, N 3502 (1936) 1009—1010

6. E. E. Jelley. Nature, 139, N 3519 (1937) 631—632

7. G. Scheibe. Angew.Chem., 50, N 11 (1937) 212—219

8. S. De Boer, D. A. Wiersma. Chem. Phys. Lett., 165, N 1 (1990) 45—53

9. V. F. Kamalov, I. A. Struganova, T. Tani, K. Yoshihara. Chem. Phys. Lett., 220, N 3-5 (1994) 257—261

10. I. A. Struganova, H. Lim, S. A. Morgan. J. Phys. Chem. B, 106, N 42 (2002) 11047—11050

11. T. D. Slavnova, A. K. Chibisov, H. Görner. J. Phys. Chem. A, 109, N 21 (2005) 4758—4765

12. H. von Berlepsch, C. Boettcher. Langmuir, 29, N 16 (2013) 4948—4958

13. M. Kasha, H. R. Rawls, M. Ashraf El-Bayoumi. Pure Appl. Chem., 11, N 3-4 (1965) 371—392

14. A. N. Jordan, S. Das, N. Siraj, S. L. de Rooy, M. Li, B. El-Zahab, L. Chandler, G. A. Baker, I. M. Warner. Nanoscale, 4, N 16 (2012) 5031—5038

15. U. Rösch, S. Yao, R. Wortmann, F. Würthner. Angew. Chem. Int. Ed., 45, N 42 (2006) 7026—7030

16. A. V. Ruban, P. Horton, A. J. Young. J. Photochem. Photobiol. B: Biol., 21, N 2-3 (1993) 229—234

17. H. Asanuma, K. Shirasuka, T. Takarada, H. Kashida, M. Komiyama. J. Am. Chem. Soc., 125, N 8 (2003) 2217—2223

18. N. Ryu, Y. Okazaki, E. Pouget, M. Takafuji, S. Nagaoka, H. Ihara, R. Oda. Chem. Commun., 53, N 63 (2017) 8870—8873

19. Н. В. Белько, М. П. Самцов, Г. А. Гусаков, Д. С. Тарасов, А. А. Луговский, Е. С. Воропай. Журн. прикл. спектр., 85, № 6 (2018) 868—878 [N. V. Belko, M. P. Samtsov, G. A. Gusakov, D. S. Tarasau, A. A. Lugovski, E. S. Voropay. J. Appl. Spectr., 85, N 6 (2018) 997—1005]

20. V. V. Egorov. AIP Advances, 4, N 7 (2014) 077111

21. V. V. Egorov. Royal Soc. Оpen Sci., 4, N 5 (2017) 160550

22. Y. Wang. J. Opt. Soc. Am. B, 8, N 5 (1991) 981—985

23. H. Fidder, J. Knoester, W. A. Wiersma. J. Chem. Phys., 98, N 8 (1993) 6564—6566

24. A. E. Johnson, S. Kumazaki, K. Yoshihara. Chem. Phys. Lett., 211, N 6 (1993) 511—515

25. K. Minoshima, M. Taiji, K. Misawa, T. Kobayashi. Chem. Phys. Lett., 218, N 1-2 (1994) 67—72

26. J. Moll, S. Daehne, J. R. Durrant, D. A.Wiersma. J. Chem. Phys., 102, N 16 (1995) 6362—6370

27. R. F. Khairutdinov, N. Serpone. J. Phys. Chem. B, 101, N 14 (1997) 2602—2610

28. M. Furuki, O. Wada, L. S. Pu, Y. Sato, H. Kawashima, T. Tani. J. Phys. Chem. B, 103, N 36 (1999) 7607—7612

29. Н. В. Белько, М. П. Самцов, А. П. Луговский. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 2 (2020) 19—26

30. Е. С. Воропай, М. П. Самцов, К. Н. Каплевский, А. Е. Радько, К. А. Шевченко. Вестн. Бел. гос. ун-та. Сер. 1, Физика. Математика. Информатика, № 3 (2002) 7—13

31. А. П. Блохин, М. Ф. Гелин, О. В. Буганов, В. А. Дубовский, С. А. Тихомиров, Г. Б. Толсторожев. Журн. прикл. спектр., 70, № 1 (2003) 66—72 [A. P. Blokhin, M. F. Gelin, O. V. Buganov, V. A. Dubovskii, S. A. Tikhomirov, G. B. Tolstorozhev. J. Appl. Spectr., 70 (2003) 70—78]

32. Н. А. Борисевич, О. В. Буганов, С. А. Тихомиров, Г. Б. Толсторожев, Г. Л. Шкред. Квант. электрон., 28 (1999) 225—231

33. М. П. Самцов, С. А. Тихомиров, О. В. Буганов, К. Н. Каплевский, Д. Г. Мельников, Л. С. Ляшенко. Журн. прикл. спектр., 76, № 5 (2008) 823—829 [M. P. Samtsov, S. A. Tikhomirov, O. V. Buganov, K. N. Kaplevsky, D. G. Melnikov, L. S. Lyashenko. J. Appl. Spectr., 76, N 6 (2009) 783—790]

34. М. П. Самцов, Е. С. Воропай, К. Н. Каплевский, Д. Г. Мельников. Журн. прикл. спектр., 75, № 5 (2008) 684—693 [M. P. Samtsov, E. S. Voropai, K. N. Kaplevskii, D. G. Mel’nikov. J. Appl. Spectr., 75, N 5 (2008) 692—699]

35. W. West, S. Pearce. J. Phys. Chem., 69, N 6 (1965) 1894—1903

36. K. Misawa, S. Machida, K. Horie, T. Kobayashi. Chem. Phys. Lett., 240, N 1-3 (1995) 210—215

37. T. Kobayashi, K. Misawa. J. Lumin., 72 (1997) 38—40

38. L. D. Bakalis, J. Knoester. J. Lumin., 87 (2000) 66—70

39. Ю. В. Малюкин, А. В. Сорокин, В. П. Семиноженко. Физика низких температур, 42, № 6, (2016) 551—566 [Y. V. Malyukin, A. V. Sorokin, V. P. Semynozhenko. Low Temperature Physics, 42, N 6 (2016) 429—440]

40. V. Sundström, T. Gillbro, R. A. Gadonas, A. Piskarskas. J. Chem. Phys., 89, N 5 (1988) 2754—2762

41. I. G. Scheblykin, M. A. Drobizhev, O. P. Varnavsky, M. Van der Auweraer, A. G. Vitukhnovsky. Chem. Phys. Lett., 261, N 1-2 (1996) 181—190

42. О. П. Варнавский, M. Ван дер Аверер, А. Г. Витухновский, И. Г. Щеблыкин. Опт. и спектр., 84 (1998) 922—927 [O. P. Varnavsky, M. Van der Auweraer, A. G. Vitukhnovsky, I. G. Scheblykin. Opt. and Spectrosc., 84 (1998) 922—927]

43. B. Birkan, D. Gulen, S. Ozcelik. J. Phys. Chem. B, 110, N 22 (2006) 10805—10813

44. H. von Berlepsch, C. Boettcher. J. Chem. Phys. B, 119, N 35 (2015) 11900—11909

45. N. J. Hestand, F. C. Spano. Chem. Rev., 118, N 15 (2018) 7069—7163

46. V. V. Egorov. Phys. Proc., 2, N 2 (2009) 223—326

47. I. G. Scheblykin, M. M. Bataiev, M. van der Auweraer, A. G. Vitukhnovsky. Chem. Phys. Lett., 316, N 1-2 (2000) 37—44


Review

For citations:


Belko N.V., Samtsov M.P., Tikhomirov S.A., Buganov O.V. ULTRAFAST EXCITED-STATE DYNAMICS IN MOLECULAR AGGREGATES OF AN INDOTRICARBOCYANINE DYE. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2020;87(5):752-762. (In Russ.)

Views: 259


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0514-7506 (Print)