结晶聚(对亚苯基乙烯)中三重态激子扩散的第一性原理计算

理解并控制激子传输是提升高性能有机器件光电特性的战略性途径。本文中，我们采用全面的电子结构与量子动力学方法研究结晶聚(对亚苯基乙烯)聚合物(PPV)中的三重态激子迁移。我们求解了在 J-聚集体与 H-聚集体排列下相邻两个 Frenkel 位点间三重态能量迁移的耦合电子-核动力学。由双位点模型提取关键参数，用于主方程方法，从而能够处理含时 Schrödinger 方程难以求解的纳米尺度系统。我们计算了瞬态激子密度演化，并确定了 PPV 主晶轴方向的扩散常数。三重态扩散具有两个显著分量：快速的链内分量与缓慢的链间分量。在室温下，沿相应 $\bar{a}$- 与 $\bar{b}$-轴的链间扩散系数分别为 $D_a=0.89\cdot10^{-2}$ cm$^2$s$^{-1}$ 与 $D_b=1.49\cdot10^{-2}$ cm$^2$s$^{-1}$，而沿快速 $\bar{c}$-轴的链内扩散系数为 $D_c=3.03$ cm$^2$s$^{-1}$。沿 $\pi$-共轭骨架的极高激子迁移率促进了长距离的快速三重态迁移。我们的结果可用于设计具有所需固态特性的高效能量转换与发光器件。