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Femtosecond Transient Absorption Microscopy of Singlet Exciton Motion in Side-Chain Engineered Perylene-Diimide Thin Films
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2020-03-18 , DOI: 10.1021/acs.jpca.0c00346 Raj Pandya 1 , Richard Y S Chen 1 , Qifei Gu 1 , Jeffrey Gorman 1 , Florian Auras 1 , Jooyoung Sung 1 , Richard Friend 1 , Philipp Kukura 2 , Christoph Schnedermann 1 , Akshay Rao 1
The Journal of Physical Chemistry A ( IF 2.7 ) Pub Date : 2020-03-18 , DOI: 10.1021/acs.jpca.0c00346 Raj Pandya 1 , Richard Y S Chen 1 , Qifei Gu 1 , Jeffrey Gorman 1 , Florian Auras 1 , Jooyoung Sung 1 , Richard Friend 1 , Philipp Kukura 2 , Christoph Schnedermann 1 , Akshay Rao 1
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We present a statistical analysis of femtosecond transient absorption microscopy applied to four different organic semiconductor thin films based on perylene-diimide (PDI). By achieving a temporal resolution of 12 fs with simultaneous sub-10 nm spatial precision, we directly probe the underlying exciton transport characteristics within 3 ps after photoexcitation free of model assumptions. Our study reveals sub-picosecond coherent exciton transport (12–45 cm2 s–1) followed by a diffusive phase of exciton transport (3–17 cm2 s–1). A comparison between the different films suggests that the exciton transport in the studied materials is intricately linked to their nanoscale morphology, with PDI films that form large crystalline domains exhibiting the largest diffusion coefficients and transport lengths. Our study demonstrates the advantages of directly studying ultrafast transport properties at the nanometer length scale and highlights the need to examine nanoscale morphology when investigating exciton transport in organic as well as inorganic semiconductors.
中文翻译：
侧链工程苝二酰亚胺薄膜中单线态激子运动的飞秒瞬态吸收显微镜
我们对基于苝二酰亚胺 (PDI) 的四种不同有机半导体薄膜应用飞秒瞬态吸收显微镜进行统计分析。通过实现 12 fs 的时间分辨率和同时亚 10 nm 的空间精度，我们在光激发后 3 ps 内直接探测潜在的激子输运特性，无需模型假设。我们的研究揭示了亚皮秒相干激子传输（12-45 cm 2 s –1 ），随后是激子传输的扩散阶段（3-17 cm 2 s –1 ）。不同薄膜之间的比较表明，所研究材料中的激子传输与其纳米级形态密切相关，形成大晶域的 PDI 薄膜表现出最大的扩散系数和传输长度。我们的研究证明了直接研究纳米长度尺度超快传输特性的优势，并强调在研究有机和无机半导体中的激子传输时需要检查纳米尺度形态。
更新日期：2020-03-19
中文翻译：
侧链工程苝二酰亚胺薄膜中单线态激子运动的飞秒瞬态吸收显微镜
我们对基于苝二酰亚胺 (PDI) 的四种不同有机半导体薄膜应用飞秒瞬态吸收显微镜进行统计分析。通过实现 12 fs 的时间分辨率和同时亚 10 nm 的空间精度，我们在光激发后 3 ps 内直接探测潜在的激子输运特性，无需模型假设。我们的研究揭示了亚皮秒相干激子传输（12-45 cm 2 s –1 ），随后是激子传输的扩散阶段（3-17 cm 2 s –1 ）。不同薄膜之间的比较表明，所研究材料中的激子传输与其纳米级形态密切相关，形成大晶域的 PDI 薄膜表现出最大的扩散系数和传输长度。我们的研究证明了直接研究纳米长度尺度超快传输特性的优势，并强调在研究有机和无机半导体中的激子传输时需要检查纳米尺度形态。
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