给体-受体体异质结中的电荷转移态作为固态光子上转换的三重态-三重态湮灭敏化剂
光学
2025-10-01 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
半导体中的光子相互转换对于数字成像和量子传感具有根本重要性。诸如三三态-三重态湮灭（triplet-triplet annihilation, TTA）之类的非线性过程，能够以固态光电器件所需的产率实现光子-上转换（upconversion, UC）。在此，我们展示了一种多层分子系统，其中近红外（NIR）光敏剂促进了稳健的光子UC。通过精细调节PCBM的负载量以设计促进进一步三重态生成的电荷转移态，优化了由方酸菁DIB-SQ与[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）组成的分子堆栈用于UC。该复合NIR光敏剂层以1:3的共混比例与红荧烯形成异质结，将三重态粒子数密度驱动至有效TTA所需的水平。当与完全优化的四苯基二苯并荧蒽（DBP）掺杂红荧烯湮灭剂层配对时，该NIR敏化剂在690 nm处产生了1.36%的光子上转换量子产率，并且进入线性区域的激发强度阈值显著降低。时间分辨光致发光、瞬态吸收光谱和磁场依赖的光致发光测量揭示了光激发态的细致平衡以及具有三重态特征（3CT）的电荷转移态的形成，这些电荷转移态与分子态协同工作以敏化红荧烯的三重态（T1）。这种利用近红外光子的方法为推进固态光子相互转换提供了有前景的途径。
引用
@article{arxiv.2509.25679,
title = {Charge Transfer States in Donor Acceptor Bulk Heterojunctions as Triplet Triplet Annihilation Sensitizer for Solid-State Photon Upconversion},
author = {Maciej Klein and Alexander R. Ireland and Evan G. Moore and Dennis Delic and Ajay K. Pandey},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.25679},
year = {2025}
}