Електронні стани j-агрегатів та кристалів амфіфільного антропиримидинового барвника

Анотація

Органічні напівпровідникові частки-ланцюжки нанометрового лінійного розміру із впорядкованим розташуванням молекул мають нетипові для інших агрегатних станів нелінійні властивості, цікаві не лише для фундаментальної науки в галузі фото-вольтаїки, але й мають прикладне значення. Такі надмалі частинки розглядають як базовий структурний елемент, що акумулює і перетворює збудження або переносить заряд. Окреме місце в таких дослідженнях займають J-агрегати - ланцюжки молекул органічних барвників, що щільно впорядковані вздовж одного із кристалографічних напрямів. J-агрегати виявляють значно сильніші лінійні і нелінійні властивості, ніж еквівалентна за кількістю і за займаним об’ємом сума окремих молекул. Тому, J-агрегати органічних барвників – це перспективний об’єкт для досліджень з точки зору підсилення взаємодії органічних молекул між собою та з електромагнітним полем.

У роботі досліджуються кристали і плівки Ленгмюра-Блоджет амфіфільної похідної антропиримидинового барвника. Робота грунтується на співставленні спектрів відбиття та розділеної в часі флуорисценції ленгмюрівських плівок із поляризованими спектрами відбиття та флуорисценції кристалів барвника. Виявляються і обговорюються відмінності та закономірності у електронних спектрах таких двох фаз конденсованого стану молекул барвника. У спектрах флуорисценції плівок спостерігаються ексимероподібні конформації, що формуються при поглинанні електро-магнітного збудження із характерною залежністю між стоксовим зсувом спектрального піка та часом життя випромінювання. У кристалах такі конформації сформовані вже в основному стані. Подібність спектрів кристала і плівки вказує на те, що впорядкованість збуджених молекул барвника вздовж довгої осі J-агрегата є аналогічною до пакування молекул у кристалі вздовж b-кристалографічного напряму. Оцінено мінімальну кількість молекул у J-агрегаті, тобто, число когерентно-зв’язаних молекул.. Для цього застосовано два незалежні підходи: кінетичний – за скороченням часу життя флуорисценції агрегата та спектральний – за звуженням J-смуги поглинання агрегованих молекул. Обидва підходи привели до близьких значень.

Ключові слова: нанокристали, плівки Ленгмюра-Блоджет, J-агрегати, підсилення електронних властивостей органічних молекул, агрегація молекул, самоорганізація молекул