Excitonic effects in a time-dependent density functional theory

Journal of Chemical Physics

Volumn 127, Issue 11, 2007, Pages

  Igumenshchev, Kirill I ^a   Tretiak, Sergei ^b,c,d   Chernyak, Vladimir Y ^e  

^a UNIVERSITY OF ROCHESTER   (United States)

^b LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c CENTER FOR NONLINEAR STUDIES   (United States)

^d LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY   (United States)

^e WAYNE STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONJUGATED POLYMERS; COULOMB INTERACTIONS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRONIC STRUCTURE; EXCITED STATES; OLIGOMERS; ONE DIMENSIONAL; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS;

HYBRID DENSITY FUNCTIONALS; ORBITAL EXCHANGE; TRIPLET STATE ENERGIES;

EXCITONS;

EID: 34648823258     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.2773727     Document Type: Article

References (134)

1. H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, Nature (London) 401, 685 (1999).
2. A. J. Heeger, Rev. Mod. Phys. 73, 681 (2001).
3. A. J. Heeger, S. Kivelson, J. R. Schrieffer, and W. P. Su, Rev. Mod. Phys. 60, 781 (1988).
4. C. K. Chiang, C. R. Fincher, Y. W. Park, A. J. Heeger, H. Shirakawa, E. J. Louis, S. C. Gau, and A. G. Macdiarmid, Phys. Rev. Lett. 39, 1098 (1977).
5. R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, Nature (London) 397, 121 (1999).
6. G. Gustafsson, Y. Cao, G. M. Treacy, F. Klavetter, N. Colaneri, and A. J. Heeger, Nature (London) 357, 477 (1992).
7. Y. Cao, I. D. Parker, G. Yu, C. Zhang, and A. J. Heeger, Nature (London) 397, 414 (1999).
8. A. J. Heeger, D. J. Heeger, J. Langan, and Y. Yang, Science 270, 1642 (1995).
9. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, and A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995).
10. F. Hide, M. A. Diaz-Garcia, B. J. Schwartz, M. R. Andersson, Q. B. Pei, and A. J. Heeger, Science 273, 1833 (1996).
11. P. K. H. Ho, J. S. Kim, J. H. Burroughes, H. Becker, S. F. Y. Li, T. M. Brown, F. Cacialli, and R. H. Friend, Nature (London) 404, 481 (2000).
12. M. Granstrom, K. Petritsch, A. C. Arias, A. Lux, M. R. Andersson, and R. H. Friend, Nature (London) 395, 257 (1998).
13. J. J. M. Halls, C. A. Walsh, N. C. Greenham, E. A. Marseglia, R. H. Friend, S. C. Moratti, and A. B. Holmes, Nature (London) 376, 498 (1995).
14. N. Tessler, G. J. Denton, and R. H. Friend, Nature (London) 382, 695 (1996).
15. N. C. Greenham, S. C. Moratti, D. D. C. Bradley, R. H. Friend, and A. B. Holmes, Nature (London) 365, 628 (1993).
16. J. H. Burroughes, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. N. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. L. Burns, and A. B. Holmes, Nature (London) 347, 539 (1990).
17. P. K. H. Ho, D. S. Thomas, R. H. Friend, and N. Tessler, Science 285, 233 (1999).
18. H. Sirringhaus, N. Tessler, and R. H. Friend, Science 280, 1741 (1998).
19. H. Sirringhaus, T. Kawase, R. H. Friend, T. Shimoda, M. Inbasekaran, W. Wu, and E. P. Woo, Science 290, 2123 (2000).
20. L. L. Chua, J. Zaumseil, J. F. Chang, E. C. W. Ou, P. K. H. Ho, H. Sirringhaus, and R. H. Friend, Nature (London) 434, 194 (2005).
21. N. Stutzmann, R. H. Friend, and H. Sirringhaus, Science 299, 1881 (2003).
22. Q. B. Pei, G. Yu, C. Zhang, Y. Yang, and A. J. Heeger, Science 269, 1086 (1995).
23. P. L. Burn, A. B. Holmes, A. Kraft, D. D. C. Bradley, A. R. Brown, R. H. Friend, and R. W. Gymer, Nature (London) 356, 47 (1992).
24. Y. Yang and A. J. Heeger, Nature (London) 372, 344 (1994).
25. A. Murphy and J. Frechet, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1066 (2007).
26. J. Zaumseil and H. Sirringhaus, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1296 (2007).
27. D. L. Wang, X. Gong, P. S. Heeger, F. Rininsland, G. C. Bazan, and A. J. Heeger, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 49 (2002).
28. S. Thomas, G. Joly, and T. Swager, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1339 (2007).
29. S. Gunes, H. Neugebauer, and N. Sariciftci, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1324 (2007).
30. E. Menard, M. Meitl, Y. Sun, J.-U. Park, D.-L. Shir, Y.-S. Nam, S. Jeon, and J. Rogers, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1117 (2007).
31. I. Samuel and G. Turnbull, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 1272 (2007).
32. J. L. Bŕdas, J. Cornil, D. Beljonne, D. A. dos Santos, and Z. Shuai, Acc. Chem. Res. 32, 267 (1999).
33. S. Tretiak, A. Saxena, R. L. Martin, and A. R. Bishop, Phys. Rev. Lett. 89, 097402 (2002).
34. F. Schindler, J. M. Lupton, J. Muller, J. Feldmann, and U. Scherf, Nat. Mater. 5, 141 (2006).
35. G. D. Scholes and G. Rumbles, Nat. Mater. 5, 683 (2006).
36. C. Wu, S. V. Malinin, S. Tretiak, and V. Y. Chernyak, Nat. Phys. 2, 631 (2006).
37. R. Osterbacka, C. P. An, X. M. Jiang, and Z. V. Vardeny, Science 287, 839 (2000).
38. G. Lanzani, G. Cerullo, C. Brabec, and N. S. Sariciftci, Phys. Rev. Lett. 90, 047402 (2003).
39. A. P. Monkman, H. D. Burrows, L. J. Hartwell, L. E. Horsburgh, I. Hamblett, and S. Navaratnam, Phys. Rev. Lett. 86, 1358 (2001).
40. M. Reufer, J. M. Lupton, and U. Scherf, Appl. Phys. Lett. 89, 141111 (2006).
41. M. Chandross, S. Mazumdar, S. Jeglinski, X. Wei, Z. V. Vardeny, E. W. Kwock, and T. M. Miller, Phys. Rev. B 50, 14702 (1994).
42. E. Hendry, J. M. Schins, L. P. Candeias, L. D. A. Siebbeles, and M. Bonn, Phys. Rev. Lett. 92, 196601 (2004).
43. J. Cornil, D. Beljonne, J. P. Calbert, and J. L. Bŕdas, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 1053 (2001).
44. J. Gierschner, J. Cornil, and H. J. Egelhaaf, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 19, 173 (2007).
45. M. V. Mostovoy, M. T. Figge, and J. Knoester, Phys. Rev. B 57, 2861 (1998).
46. F. C. Spano, Annu. Rev. Phys. Chem. 57, 217 (2006).
47. S. Tretiak and S. Mukamel, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 102, 3171 (2002).
48. S. Tretiak, A. Saxena, R. L. Martin, and A. R. Bishop, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100, 2185 (2003).
49. V. Coropceanu, J. Cornil, D. da Silva Filho, Y. Olivier, R. Silbey, and J.-L. Bredas, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 926 (2007).
50. J. M. Lupton, M. R. Craig, and E. W. Meijer, Appl. Phys. Lett. 80, 4489 (2002).
51. K. Becker, J. M. Lupton, J. Feldmann, B. S. Nehls, F. Galbrecht, D. Q. Gao, and U. Scherf, Adv. Funct. Mater. 16, 364 (2006).
52. L. T. Liu, D. Yaron, M. I. Sluch, and M. A. Berg, J. Phys. Chem. B 110, 18844 (2006).
53. E. Hendry, M. Koeberg, J. M. Schins, H. K. Nienhuys, V. Sundstrom, L. D. A. Siebbeles, and M. Bonn, Phys. Rev. B 71, 125201 (2005).
54. I. Franco and S. Tretiak, Chem. Phys. Lett. 372, 403 (2003).
55. I. Franco and S. Tretiak, J. Am. Chem. Soc. 126, 12130 (2004).
56. S. Tretiak, A. Saxena, R. L. Martin, and A. R. Bishop, J. Phys. Chem. B 104, 7029 (2000).
57. A. Ruini, M. J. Caldas, G. Bussi, and E. Molinari, Phys. Rev. Lett. 88, 206403 (2002).
58. A. Ferretti, A. Ruini, E. Molinari, and M. J. Caldas, Phys. Rev. Lett. 90, 086401/1 (2003).
59. P. Prins, F. C. Grozema, and L. D. A. Siebbeles, J. Phys. Chem. B 110, 14659 (2006).
60. P. Prins, F. C. Grozema, J. M. Schins, S. Patil, U. Scherf, and L. D. A. Siebbeles, Phys. Rev. Lett. 96, 146601 (2006).
61. P. A. C. Quist, T. J. Savenije, M. M. Koetse, S. C. Veenstra, J. M. Kroon, and L. D. A. Siebbeles, Adv. Funct. Mater. 15, 469 (2005).
62. S. J. Konezny, D. L. Smith, M. E. Galvin, and L. J. Rothberg, J. Appl. Phys. 99, 064509 (2006).
63. Z. G. Yu, D. L. Smith, A. Saxena, R. L. Martin, and A. R. Bishop, Phys. Rev. Lett. 84, 721 (2000).
64. B. J. Schwartz, Annu. Rev. Phys. Chem. 54, 141 (2003).
65. Y. Shirota and H. Kageyama, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 107, 953 (2007).
66. J. G. Muller, U. Lemmer, G. Raschke, M. Anni, U. Scherf, J. M. Lupton, and J. Feldmann, Phys. Rev. Lett. 91, 267403 (2003).
67. F. Schindler, J. M. Lupton, J. Feldmann, and U. Scherf, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 14695 (2004).
68. H. Wiesenhofer, D. Beljonne, G. D. Scholes, E. Hennebicq, J. L. Bredas, and E. Zojer, Adv. Funct. Mater. 15, 155 (2005).
69. J. L. Bredas, D. Beljonne, V. Coropceanu, and J. Cornil, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 104, 4971 (2004).
70. S. Westenhoff, W. J. D. Beenken, R. H. Friend, N. C. Greenham, A. Yartsev, and V. Sundstrom, Phys. Rev. Lett. 97, 166804 (2006).
71. I. H. Campbell, D. L. Smith, S. Tretiak, R. L. Martin, C. J. Neef, and J. P. Ferraris, Phys. Rev. B 65, 085210 (2002).
72. A. Kohler, D. A. dos Santos, D. Beljonne, Z. Shuai, J. L. Bŕdas, A. B. Holmes, A. Kraus, K. Mullen, and R. H. Friend, Nature (London) 392, 903 (1998).
73. J. S. Wilson, A. S. Dhoot, A. J. A. B. Seeley, M. S. Khan, A. Kohler, and R. H. Friend, Nature (London) 413, 828 (2001).
74. M. Wohlgenannt, K. Tandon, S. Mazumdar, S. Ramasesha, and Z. V. Vardeny, Nature (London) 409, 494 (2001).
75. Z. Shuai, D. Beljonne, R. J. Silbey, and J. L. Bŕdas, Phys. Rev. Lett. 84, 131 (2000).
76. R. W. T. Higgins, A. P. Monkman, H. G. Nothofer, and U. Scherf, Appl. Phys. Lett. 79, 857 (2001).
77. M. Reufer, M. J. Walter, P. G. Lagoudakis, B. Hummel, J. S. Kolb, H. G. Roskos, U. Scherf, and J. M. Lupton, Nat. Mater. 4, 340 (2005).
78. D. L. Smith and P. P. Ruden, Appl. Phys. Lett. 89, 233519 (2006).
79. N. Kirova, S. Brazovskii, and A. R. Bishop, Synth. Met. 100, 29 (1999).
80. B. G. Janesko and D. Yaron, J. Chem. Phys. 121, 5635 (2004).
81. S. Fratiloiu, F. C. Grozerna, Y. Koizumi, S. Seki, A. Saeki, S. Tagawa, S. P. Dudek, and L. D. A. Siebbeles, J. Phys. Chem. B 110, 5984 (2006).
82. V. M. Geskin, F. C. Grozema, L. D. A. Siebbeles, D. Beljonne, J. L. Bredas, and J. Cornil, J. Phys. Chem. B 109, 20237 (2005).
83. S. Fratiloiu, L. P. Candeias, F. C. Grozema, J. Wildeman, and L. D. A. Siebbeles, J. Phys. Chem. B 108, 19967 (2004).
84. M. Guillaume, B. Champagne, and F. Zutterman, J. Phys. Chem. A 110, 13007 (2006).
85. B. Champagne, M. Guillaume, and F. Zutterman, Chem. Phys. Lett. 425, 105 (2006).
86. J. W. van der Horst, P. A. Bobbert, M. A. J. Michels, G. Brocks, and P. J. Kelly, Phys. Rev. Lett. 83, 4413 (1999).
87. M. Rohlfing and S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 82, 1959 (1999).
88. S. Tretiak, K. Igumenshchev, and V. Chernyak, Phys. Rev. B 71, 33201 (2005).
89. R. J. Magyar, S. Tretiak, Y. Gao, H. L. Wang, and A. P. Shreve, Chem. Phys. Lett. 401, 149 (2005).
90. M. van Faassen and P. L. de Boeij, J. Chem. Phys. 120, 8353 (2004).
91. P. C. Jha, E. Jansson, and H. Agren, Chem. Phys. Lett. 424, 23 (2006).
92. S. Karabunarliev, E. R. Bittner, and M. Baumgarten, J. Chem. Phys. 114, 5863 (2001).
93. H. Tamura, E. R. Bittner, and I. Burghardt, J. Chem. Phys. 126, 021103 (2007).
94. E. K. U. Gross, J. F. Dobson, and M. Petersilka, in Density Functional Theory: Topics in Current Chemistry Vol. 181, edited by, R. F. Nalewajski, (Springer, Berlin, 1996).
95. M. E. Casida, in Recent Advances in Density-Functional Methods, edited by, D. A. Chong, (World Scientific, Singapore, 1995), Pt., Vol. 3.
96. E. Runge and E. K. U. Gross, Phys. Rev. Lett. 52, 997 (1984).
97. G. Onida, L. Reining, and A. Rubio, Rev. Mod. Phys. 74, 601 (2002).
98. Z.-L. Cai, K. Sendt, and J. R. Reimers, J. Chem. Phys. 117, 5543 (2002).
99. X. Gonze and M. Scheffler, Phys. Rev. Lett. 82, 4416 (1999).
100. H. Appel, E. K. U. Gross, and K. Burke, Phys. Rev. Lett. 90, 043005 (2003).
101. P. Ghosez, X. Gonze, and R. W. Godby, Phys. Rev. B 56, 12811 (1997).
102. L. Reining, V. Olevano, A. Rubio, and G. Onida, Phys. Rev. Lett. 88, 066404 (2002).
103. F. Sottile, V. Olevano, and L. Reining, Phys. Rev. Lett. 91, 056402 (2003).
104. S. Grimme and M. Parac, ChemPhysChem 4, 292 (2003).
105. A. Pogantsch, G. Heimel, and E. Zojer, J. Chem. Phys. 117, 5921 (2002).
106. A. Dreuw, J. L. Weisman, and M. Head-Gordon, J. Chem. Phys. 119, 2943 (2003).
107. A. Dreuw and M. Head-Gordon, J. Am. Chem. Soc. 126, 4007 (2004).
108. V. Sahni, J. Gruenebaum, and J. P. Perdew, Phys. Rev. B 26, 4371 (1982).
109. D. C. Langreth and M. J. Mehl, Phys. Rev. B 28, 1809 (1983).
110. M. Chiba, T. Tsuneda, and K. Hirao, J. Chem. Phys. 124, 144106 (2006).
111. Y. Tawada, T. Tsuneda, S. Yanagisawa, T. Yanai, and K. Hirao, J. Chem. Phys. 120, 8425 (2004).
112. M. J. G. Peach, T. Helgaker, P. Salek, T. W. Keal, O. B. Lutnaes, D. J. Tozer, and N. C. Handy, ChemPhysChem 8, 558 (2006).
113. T. Yanai, D. P. Tew, and N. C. Handy, Chem. Phys. Lett. 393, 51 (2004).
114. E. Rudberg, P. Salek, T. Helgaker, and H. Agren, J. Chem. Phys. 123, 184108 (2005).
115. J. Neugebauer, O. Gritsenko, and E. J. Baerends, J. Chem. Phys. 124, 214102 (2006).
116. O. Gritsenko and E. J. Baerends, J. Chem. Phys. 121, 655 (2004).
117. I. V. Tokatly and O. Pankratov, Phys. Rev. Lett. 86, 2078 (2001).
118. V. Chernyak and S. Mukamel, J. Chem. Phys. 112, 3572 (2000).
119. N. T. Maitra, K. Burke, and C. Woodward, Phys. Rev. Lett. 89, 023002 (2002).
120. G. Vignale and W. Kohn, Phys. Rev. Lett. 77, 2037 (1996).
121. M. van Faassen, P. L. de Boeij, R. van Leeuwen, J. A. Berger, and J. G. Snijders, Phys. Rev. Lett. 88, 186401 (2002).
122. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, Gaussian 98, Revision A.11 (Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA 2002).
123. A. M. Masunov and S. Tretiak, J. Phys. Chem. B 108, 899 (2004).
124. R. Magyar and S. Tretiak, J. Chem. Theory Comput. 3, 976 (2007).
125. S. Mukamel, S. Tretiak, T. Wagersreiter, and V. Chernyak, Science 277, 781 (1997).
126. J. W. van der Horst, P. A. Bobbert, P. H. L. de Jong, M. A. J. Michels, L. D. A. Siebbeles, J. M. Warman, G. H. Gelinck, and G. Brocks, Chem. Phys. Lett. 334, 303 (2001).
127. A. Ruini, F. Rossi, U. Hohenester, E. Molinari, R. B. Capaz, and M. J. Caldas, Synth. Met. 119, 257 (2001).
128. V. I. Arkhipov and H. Bassler, Phys. Status Solidi A 201, 1152 (2004).
129. A. Kohler, D. A. dos Santos, D. Beljonne, Z. Shuai, J. L. Bredas, A. B. Holmes, A. Kraus, K. Mullen, and R. H. Friend, Nature (London) 392, 903 (1998).
130. E. M. Conwell, Phys. Rev. Lett. 78, 4301 (1997).
131. E. K. U. Gross, J. F. Dobson, and M. Petersilka, in Density Functional Theory, edited by, R. F. Nalewajski, (Springer, Berlin, 1996), Vol. 181.
132. V. Chernyak, S. N. Volkov, and S. Mukamel, J. Phys. Chem. A 105, 1988 (2001).
133. A. Dreuw and M. Head-Gordon, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 105, 4009 (2005).
134. D. Hertel, S. Setayesh, H. G. Nothofer, U. Scherf, K. Mullen, and H. Bassler, Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) 13, 65 (2001).