Computational study of the structure, dynamics, and photophysical properties of conjugated polymers and oligomers under nanoscale confinement

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 109, Issue 16, 2005, Pages 7671-7685

  Sumpter, Bobby G ^a   Kumar, Pradeep ^c   Mehta, Adosh ^a   Barnes, Michael D ^b   Shelton, William A ^a   Harrison, Robert J ^a  

^a OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS   (United States)

^c Chemical Sciences Division   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

NANOSCALE CONFINEMENT; PHOTOPHYSICAL PROPERTIES; POLYMER PHYSICS; SOLUTE-SOLVENT INTERACTIONS;

COMPUTER SIMULATION; CONFORMATIONS; ELECTROSTATICS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; OLIGOMERS; OPTOELECTRONIC DEVICES; SELF ASSEMBLY; SEMICONDUCTOR MATERIALS; STRUCTURE (COMPOSITION); THIN FILMS;

ORGANIC POLYMERS;

EID: 18444362421     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0446534     Document Type: Article

References (132)

1. El-Sayed, M. A. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 257.
2. Niemer, C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 4128.
3. Adams, D. M.; Brus, L.; Chidsey, C. E. D.; Creager, S.; Creutz, C.; Kagan, C. R.; Kamat, P. V.; Liberman, M.; Lindsay, S.; Marcus, R. A.; Metzger, R. M.; Michel-Beyerle, M. E.; Miller, J. R.; Newton, M. D.; Rolison, D. R.; Sankey, O.; Schanze, K. S.; Yardley, J.; Zhu, X. J. Phys. Chem. B. 2003, 107, 6668.
4. Antonietti, M.; Landfester, K. ChemPhysChem 2001, 2, 207.
5. Turner, C. H.; Brennan, J. K.; Johnson, J. K.; Gubbins, K. E. J. Chem. Phys. 2002, 116, 2138.
6. Turner, C. H.; Johnson, J. K.; Gubbins, K. E. J. Chem. Phys. 2001, 114, 1841.
7. Stuart, S. J.; Dickson, B. M.; Sumpter, B. G.; Noid, D. W. Proc. MRS 2001, 651, T7.1.1;
8. Stuart, S. J.; Dickson, B. M.; Sumpter, B. G.; Noid, D. W. Proc. MRS 2001, T1.8.1.
9. Kidder, M. K.; Britt, P. F.; Zhang, Z.; Dai, S.; Buchannan, A. C. Chem. Commun. 2003, 2804.
10. Eggers, D. K.; Valentine, J. S. Protein Sci. 2001, 10, 250.
11. Zhou, H.-X.; Dill, K. A. Biochemistry 2001, 40, 11289.
12. Rittg, R.; Huwe, A.; Fleischer, G.; Karger, J.; Kremer, F. Phys. Chem. Phys. 1999, 1, 519.
13. Hummer, G.; Rasaiah, J. C.; Noworyta, J. P. Nature 2001, 414, 118.
14. Tuzun, R. E.; Noid, D. W.; Sumpter, B. G.; Merkle, R. C. Nanotechnology 1997, 8, 112;
15. Tuzun, R. E.; Noid, D. W.; Sumpter, B. G.; Merkle, R. C. Nanotechnology 1996, 7, 241.
16. Barnes, W. L. J. Mod. Opt. 1998, 45, 661.
17. Schniepp, H.; Sandoghdar, V. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 257403.
18. Chew, H. Phys. Rev. A 1988, 38, 3410.
19. Striolo, A.; Chialvo, A. A.; Cummings, P. T.; Gubbins, K. E. Langmuir 2003, 19, 8583.
20. Allen, R.; Hansen, J.-P.; Melchionna, S. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3905.
21. Koga, K.; Gao, G. T.; Tanaka, H.; Zeng, X. C. Nature 2001, 412, 802.
22. Toriyama, K.; Okazaki, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12917.
23. Eisenberg, P.; Lucas, J. C.; Williams, R. J. J. Macromol. Symp. 2002, 189, 1.
24. Heeger, A. J. J. Phys. Chem. B 2001, 705, 8475.
25. Feller, J. F.; Linossier, I.; Grohens, Y. Mater. Lett. 2002, 57, 64.
26. Gensler, R.; Groppel, P.; Muhrer, V.; Muller, N. Part. Part. Syst. Charact. 2002, 19, 293.
27. Friend, R. H.; Gymer, R. W.; Holmes, A. B.; Burroughes, J. H.; Marks, R. N.; Taliani, C.; Bradley, D. D. C.; dos Santos, D. A.; Salaneck, W. R. Nature 1999, 397, 121.
28. Hide, F.; Diazgarcia, M. A.; Schwartz, B. J.; Heeger, A. J. Acc. Chem Res. 1997, 30, 430.
29. Srinivasarao, M.; Collings, D.; Philips, A.; Patel, S. Science 2001, 292, 79.
30. Kung, C.-Y.; Barnes, M. D.; Lermer, N.; Whitten, W. B.; Ramsey, J. M. Appl. Opt. 1999, 38, 1481.
31. Barnes, M. D.; Ng, K. C.; Fukui, K.; Sumpter, B. G.; Noid, D. W. Macromolecules 1999, 32, 7183.
32. Schwartz, B. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 141.
33. Peyser, L. A.; Vinson, A. E.; Bartko, A. P.; Dickson, R. M. Science 2001, 297, 103-106.
34. Hu, D.; Yu, L.; Barbara, P. F. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6936.
35. Hu, D.: Yu, J.; Bagchi, B.; Rossky, P. J.; Barbara, P. F. Nature 2000, 405, 1030.
36. Vandenbout, D. A. et al. Science 1997, 277, 1074.
37. Yu, J.; Hu, D.; Barbara, P. F. Science 2000, 289, 1327.
38. Padmanaban, G.; Ramakrishnan, S. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2244.
39. Gettinger, C. L.; Heeger, A. J.; Drake, J. M.; Pine, D. J. J. Chem. Phys. 1994, 101, 1673.
40. Teetsov, J.; Vanden Bout, D. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9378.
41. Schaller, R. D.; Lee, L. F.; Johnson, J. C.; Haber, L. H.; Vieceli, J.; Benjamin, H.; Nguyen, T.-Q.; Schwartz, B. J.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9496.
42. Scheblykin, I.; Zoriniants, G.; Hofkens, J.; De Feyter, S.; Van der Auweraer, M.; De Schryver, F. Chem. Phys. Chem. 2003, 4, 260.
43. Sartori, S. S.; Feyter, S. D.; Hofkens, J.; Auweraer, M. V.; Schryver, F.; Brunner, K.; Hofstraat, J. W. Macromolecules 2003, 36, 500.
44. Nguyen, T. Q.; Kwong, R. C.; Thompson, M. E.; Schwartz, B. J. Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2454.
45. Shi, Y.; Liu, J.; Yan, Y. J. Appl. Phys. 2000, 87, 4254.
46. Liu, J.; Shi, Y.; Ma, L.; Yang, Y. J. Appl. Phys. 2000, 88, 605.
47. Lee, T. W.; Park, O. O. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 3334.
48. Lee, T. W.; Park, O. O. Adv. Mater. 2000, 12, 801.
49. Mehta, A.; Kumar, P.; Dadmun, M.; Zheng, J.; Dickson, R. M.; Thundat, T.; Sumpter, B. G.; Barnes, M. D. Nanoletters 2003, 3, 603.
50. Kumar, P.; Mehta, A.; Dadmun, M.; Zheng, J.; Peyser, L.; Dickson, R. M.; Thundat, T.; Sumpter, B. G.; Barnes, M. D. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6252.
51. Kumar, P.; Lee, T. H.; Mehta, A.; Sumpter, B. G.; Dickson, R. M.; Barnes, M. D. J Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3376.
52. Hellen, E. H.; Axelrod, D. J. Opt. Soc. Am. B 1987, 4, 337.
53. Mehta, A.; Thundat, T.; Kumar, P.; Barnes, M. D. Appl. Phys. Lett. 2004, submitted.
54. Bredas, J. L.; Beljonne, D.; Cornil, J.; Calbert, J. P.; Shuai, Z.; Silbey, R. Synth. Met. 2001, 125, 107.
55. Kumar, P.; Mehta, A.; Mahurin, S. M.; Dai, S.; Dadmun, M. D.; Sumpter, B. G.; Barnes, M. D. Macromolecules 2004, 37, 6132.
56. Nguyen, T. Q.; Yee, R. Y.; Schwartz, B. J. J. Photochem. Photobiol., A. 2001, 144, 21.
57. Nguyen, T. Q.; Doan, V.; Schwartz, B. J. J. Chem. Phys. 1999, 110, 4068.
58. Nguyen, T. Q.; Doan, V.; Schwatz, B. J. J. Chem. Phys. 1999, 110, 4068.
59. Hollars, C. W.; Lane, S. M.; Huser, T. Chem. Phys. Lett. 2003, 370, 393.
60. See, for example, Cramer, C. J. Essentials of Computational Chemistry: Theory and Models; Wiley, 2002.
61. Allinger, N. L.; Yuh, Y. H.; Lii, J.-H. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8551.
62. Tai, J. L.; Allinger, N. L. J. Comput. Chem. 1998, 19, 475.
63. Lii, J.-H.; Allinger, N. L. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8576.
64. Fratini, A. V.; Baker, K. N.; Resch, T.; Knachel, H. C.; Adams, W. W.; Socci, E. P.; Farmer, B. L. Polymer 1993, 43, 1571.
65. Nevins, N.; Lii, J.-H.; Allinger, N. L. J. Comput. Chem. 1996, 17, 695.
66. Claes, L.; Deleuze, M. S.; Francois, J.-P. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 2001, 549, 63.
67. See, for example, Frenkel, D.; Smit, B. Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to Applications; Academic Press: New York, 2002.
68. Karayiannis, N. C.; Giannousaki, A. E.; Mavrantzas, V. G.; Theodorou, D. N. J. Chem. Phys. 2002, 17, 5465.
69. Karayiannis, N. C.; Giannousaki, A. E.; Mavrantzas, V. G. J. Chem. Phys. 2003, 118, 2451.
70. (a) Burkert, U.; Allinger, N. L. Molecular Mechanics; ACS Monograph 177; Amercian Chemical Society: Washington, DC, 1992.
71. (b) Tuzun, R. E.; Noid, D. W.; Sumpter, B. G. Macromol. Theory Simul. 1997, 6, 855.
72. (c) Gray, S. K.; Noid, D. W.; Sumpter, B. G. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4062.
73. Bashford, D.; Case, D. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2000, 51, 129.
74. Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Chem. Rev. 1999, 99, 2161.
75. Li., J.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Biophys. Chem. 1999, 78, 147.
76. Lee, M. S.; Salsbury, F. R.; Brooks, C. L., III. J. Chem. Phys. 2002, 116, 10606.
77. Onufriev, A.; Case, D. A.; Bashofrd, D. J. Comput. Chem. 2002, 23, 1297.
78. Grycuk, T. J. Chem. Phys. 2003, 199, 4817.
79. Qiu, D.; Shenkin, P. S.; Hollinger, F. P.; Still, W. C. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 3005.
80. Hawkins, G. D.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Chem. Phys. Lett. 1995, 246, 122;
81. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19824.
82. Eisenberg, D.; McLachlan, A. D. Nature 1986, 319, 199.
83. Still, W. C.; Tempczyk, A.; Hawley, R. C.; Hendrickson, T. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 6127.
84. Schaefer, M.; Karplus, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1578.
85. Schaefer, M.; Bartels, C.; Karplus, M. J. Mol. Biol. 1998, 284, 835.
86. Dreuw, A.; Weisman, J. L.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2943.
87. Tozer, D. J. J. Chem. Phys. 2003, 119, 12697.
88. Iikura, H.; Tsuneda, T.; Yanai, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2001, 115, 3540.
89. Cai, Z.-L.; Sendt, K.; Reimers, J. R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5543.
90. Grimme, S.; Parac, M. ChemPhysChem 2003, 292, 1439.
91. Van Gisbergen, S. J. A.; Schipper, P. R. T.; Gritsenko, O. V.; Baerends, E. J.; Snijders, J. G.; Champagne, B.; Kirtman, B. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 694.
92. Zerner, M. C. In Reviews in Computational Chemistry; Lipkowitz, K. B., Boyd, D. B., Eds.; VCH: New York 1991; Vol. II, p 313.
93. Pearl, G. M.; Zerner, M. C.; Broo, A.; McKelvey, J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 781.
94. Hill, I. G.; Kahn, A.; Cornil, J.; dos Santos, D. A.; Bredas, J. L. Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 444.
95. Han, Y.; Lee, S. U. Chem. Phys. Lett. 2002, 366, 9.
96. Cornil, J.; Belojonne, D.; Heller, C. M.; Campbell, I. H.; Launch, B. K.; Smith, D. L.; Bradley, D. D. C.; Mullen, K.; Bredas, J. L. Chem. Phys. Lett. 1997, 278, 139.
97. Cornil, J.; Heeger, A. J.; Bredas, J. L. Chem. Phys. Lett. 1997, 272, 463.
98. Cornil, J.; Beljonee, D.; Bredas, J. L. J. Chem. Phys. 1995, 103, 834.
99. Cornil, J.; Calbert, J. Ph.; Beljonne, D.; Silbey, R.; Bredas, J. L. Synth. Met. 2001, 119, 1.
100. Pogantsch, A.; Mahler, A. K.; Hayn, G.; Saf, R.; Stelzer, F.; List, E. J. W.; Bredas, J. L.; Zojer, E. Chem. Phys. 2004, 297, 143.
101. Hayashi, C.; Uyeda, R.; Tasaki, A. Ultra Fine Particles Technology, Noyes: NJ, 1997.
102. Semiempirical quantum calculations were performed using GAMESS, Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montogemery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363,
103. and Hyperchem7.0, Hypercube, Inc.: Gainesville, FL, 2003.
104. Ab initio quantum calculations were performed using NWChem Version 4.5 as developed and distributed by Pacific Northwest National Laboratory, P.O. Box 999, Richland, WA 99352, and funded by the U.S. Department of Energy.
105. Sinnokrot, M. O.; Sherrill, C. D. J. Chem. Phys. 2003, 107, 8377.
106. Sumpter, B. G.; Harrison, R. J.; Shelton, W. A. in preparation.
107. Chen, D.; Winokur, M. J.; Masse, M. A.; Karaz, F. E. Phys. Rev. B. 1990, 41, 6759.
108. Van Hutten, P. F.; Wildeman, J.; Meetsma, A.; Hadziioannou, G. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5910.
109. Grainer, T.; Thomas, E. L.; Gagnon, D. R.; Karasz, F. E.; Lenz, R. W. J. Polym. Sci., Part B 1986, 24, 2793.
110. Claes, L.; Francois, J.-P.; Deleuze, M. S. Chem. Phys. Lett. 2001, 359, 216.
111. Ferretti, A.; Ruini, A.; Molinari, E. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 086401-1.
112. Ruini, A.; Caldas, M. J.; Bussi, G.; Molinari, E. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 206403.
113. Curtis, M. D.; Cao, J.; Kampf, J. W. J. Am. Chem. Soc. 2004, 125, 4318.
114. Grozema, F. C.; Candeias, L. P.; Swart, M.; Van Duijnen, P. Th.; Wildeman, J.; Hadziioanou, G.; Siebbeles, L. D. A.; Warman, J. M. J. Chem. Phys. 2002, 117, 11366.
115. Yang, C. Y.; Hide, F.; Diaz-Garcia, M. A.; Heeger, A. J.; Cao, Y. Polymer 1998, 39, 2299-2304.
116. Sinnokrot, M. O.; Valeev, E. F.; Sherrill, C. D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10887.
117. Hopkins, B. W.; Tschumper, G. S. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 2941.
118. Conwell, E. M.; Perlstein, J.; Shaik, S. Phys. Rev. B. 1996, 54, R2308.
119. Cornil, J.; Heeger, A. J.; Bredas, J. L. Chem. Phys. Lett. 1997, 272, 463.
120. Ivanov, V. A.; Paul, W.; Binder, K. J. Chem. Phys. 1998, 109, 5659.
121. Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1986, 85, 4181.
122. Kohler, B. E.; Samuel, I. D. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 6248.
123. Förster, F. Naturwissenschaften 1946, 33, 16.
124. Canter, C. R.; Pechukas, P. Proc. Natl. Acad. U.S.A. 1971, 68, 2099.
125. Demidov, A. A. Resonance Energy Transfer, Wiley: 1999.
126. Yu, J.; Hu, D.; Barbara, P. F. Science 2000, 289, 1327.
127. Chew, H. Phys. Rev. A. 1988, 38, 3410.
128. Schniepp, H.; Sandoghdar, V. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 257403-1.
129. Cornil, J.; Dos Santos, D. A.; Crispin, X.; Silbey, R.; Bredas, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1289.
130. Gierschner, J.; Mack, H.-G.; Oelkrug, D.; Waldner, I.; Rau, H. J. Phys. Chem. A 2004, 208, 257.
131. Hochstrasser, R. M.; Kasha, M. Photochem. Photobiol. 1964, 3, 317.
132. Kasha, M.; Rawls, R. H.; El- Bayoumi, M. A. Pure Appl. Chem. 1965, 11, 371.