Conformational disorder and ultrafast exciton relaxation in PPV-family conjugated polymers

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 113, Issue 3, 2009, Pages 656-667

  Dykstra, Tieneke E ^a   Hennebicq, Emmanuelle ^b   Beljonne, David ^b   Gierschner, Johannes ^b,c   Claudio, Gil ^d   Bittner, Eric R ^e   Knoester, Jasper ^f   Scholes, Gregory D ^a  

^a UNIVERSITY OF TORONTO   (Canada)

^b UNIVERSITY OF MONS   (Belgium)

^c INSTITUTO MADRILEÑO DE ESTUDIOS AVANZADOS EN NANOCIENCIA IMDEA NANOCIENCIA   (Spain)

^d MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

^e University of Houston   (United States)

^f UNIVERSITY OF GRONINGEN   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANISOTROPY; CONFORMATIONS; CONJUGATED POLYMERS; ENERGY TRANSFER; OPTICAL PROPERTIES; POLYMERS;

ANISOTROPY DECAYS; CONFORMATIONAL DISORDERS; EXCITON RELAXATIONS; EXCITON STATE; MEH-PPV; METHOXY; NANO-SCALE; OLIGOPHENYLENEVINYLENE; POLYMER CHAINS; THEORETICAL STUDIES; TIME-SCALES; ULTRA FASTS;

EXCITONS;

EID: 61949318646     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp807249b     Document Type: Article

References (138)

1. Semiconducting polymers: Chemistry, Physics and Engineering, 2 ed.; Hadziioannou, G.; Malliaras, G. G., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2007.
2. Bullot, J.; Dulieu, B.; Lefrant, S. Synth. Met. 1993, 61, 211.
3. Möhlmann, G. R. Synth. Met. 1994, 67, 77.
4. Baigent, D. R.; Greenham, N. C.; Grüner, J.; Marks, R. N.; Friend, R. H.; Moratti, R. C.; Holmes, A. B. Synth. Met. 1994, 67, 3-10.
5. Oelkrug, D.; Tompert, A.; Egelhaaf, H.-J.; Hanack, M.; Steinhuber, E.; Hohloch, M.; Meier, H.; Stalmach, U. Synth. Met. 1996, 83, 231-237.
6. Oelkrug, D.; Tompert, A.; Gierschner, J.; Egelhaaf, H.-J.; Hanack, M.; Hohloch, M.; Steinhuber, E. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1902.
7. Egelhaaf, H.-J.; Lüer, L.; Tompert, A.; Bäuerle, P.; Müllen, K.; Oelkrug, D. Synth. Met. 2000, 115, 63-68.
8. Birckner, E.; Grimmt, U. W.; Hartmann, A.; Pfeiffer, S.; Tillmann, H.; Hörhold, H.-H. J. Fluor. 1998, 8, 73.
9. Son, S.; Dodabalapur, A.; Lovinger, A. J.; Galvin, M. E. Science 1995, 269, 376-378.
10. Schwartz, B. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 141-72.
11. Heun, S.; Mahrt, R. F.; Greiner, A.; Lemmer, U.; Bässler, H.; Halliday, D. A.; Bradley, D. D. C.; Burn, R L.; Holmes, A. B. J. Phys.: Condens. Matter 1993, 5, 247-260.
12. Chang, R.; Hsu, J. H.; Fann, W. S.; Liang, K. K.; Chang, C. H.; Hayashi, M.; Yu, J.; Lin, S. H.; Chang, E. C.; Chuang, K. R.; Chen, S. A. Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 142-152.
13. Yu, J.; Hu, D.; Barbara, P. F. Science 2000, 289, 1327-1330.
14. Samuel, I. D. W.; Crystall, B., Rumbles, G.; Burn, P. L.; Holmes, A. B.; Friend, R. H. Chem. Phys. Lett. 1993, 213, 472.
15. Chang, M. H.; Frampton, M. J.; Anderson, H. L.; Herz, L. M. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 027402.
16. Primary Excitations in Conjugated Polymers: Molecular Exciton versus Semiconductor Band Model; Sariciftci, N. S., Ed.; World Scientific: Singapore, 1997.
17. Lécuiller, R.; Berréhar, J.; Ganière, J. D.; Lapersonne-Meyer, C.; Lavallard, P.; Schott, M. Phys. Rev. B 2002, 66, 125205.
18. Dubin, F.; Melet, R.; Barisien, T.; Grousson, R.; Legrand, L.; Schott, M.; Voliotis, V. Nat. Phys. 2006, 2, 32.
19. Bässler, H. Site-Selective Fluorescence Spectroscopy of Polymers; Elsevier: Amsterdam, 1989.
20. Mahrt, R. F.; Bässler, H. Synth. Met. 1991, 45, 107-117.
21. Harrison, N. T.; Baigent, D. R.; Samuel, I. D. W.; Friend, R. H.; Grimsdale, A. C.; Moratti, S. C.; Holmes. A. B. Phvs. Rev. B 1996. 53. 15815.
22. Schweizer, K. S. J. Chem. Phys. 1986, 85, 1156-1175.
23. Schreiber, M.; Abe, S. Synth. Met. 1993, 55, 50-55.
24. Lhost, O.; Brédas, J. L. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5279-5288.
25. Soos, Z. G.; Ramasesha, S.; Galvao, D. S.; Etemad. S. Phys. Rev. B 1993, 47, 1742.
26. Galvao, D. S.; Soos, Z. G.; Ramesesha, S.; Etemad, S. J. Chem. Phys. 1993, 98, 3016-3021.
27. Yaliraki, S. N.; Silbey, R. J. J. Chem. Phys. 1996, 104, 1245-1253.
28. Kohler, B. E.; Samuel, I. D. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 6248-6252.
29. Kohler, B. E.; Woehl, J. C. J. Chem. Phys. 1995, 103, 6253-6256.
30. Cornil, J.; dos Santos, D. A.; Crispins, X.; Silbey, R. J.; Brédas, J. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1289-1299.
31. Karabunarliev, S.; Baumgarten, M.; Müllen, K. J. Phvs. Chem. A 2000, 104, 8236.
32. Grage, M. M.-L.; Wood, P. W.; Ruseckas, A.; Pullerits, T.; Mitchell, W.; Burn, P. L.; Samuel, J. D. W.; Sundstrom, V. J. Chem. Phys. 2003, 118, 7644-7650.
33. Gaab, K. M.; Bardeen, C. J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 10801.
34. Chang, R.; Hayashi, M.; Lin, S. H.; Hsu, J.-H.; Fann, W. S. J. Chem. Phys. 2001, 115, 4339-4348.
35. Ruseckas, A.; Wood, P.; Samuel, I. D. W.; Webster, G. R.; Mitchell, W. J.; Burn, P. L.; Sundström, V. Phys. Rev. B 2005, 72, 115214.
36. Herz, L. M.; Silva, C.; Grimsdale, A. C.; Müllen, K.; Phillips, R. T. Phys. Rev. B 2004, 70, 165207.
37. Vaughan, H. L.; Dias, F. M. B.; Monkman, A. P. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014902.
38. Hennebicq, E.; Deleener, C.; Brédas, J. L.; Scholes, G. D.; Beljonne, D. J. Chem. Phys. 2006, 125, 054901.
39. Hennebicq, E.; Pourtois, G.; Scholes, G. D.; Herz, L. M.; Russel, D. M.; Silva, C.; Müllen, K.; Brédas, J. L.; Beljonne, D. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4744-4762.
40. Beenken, W. J. D.; Lischka, H. J. Chem. Phys. 2005, 123, 144311.
41. Beenken, W. J. D.; Pullerits, T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6164-6169.
42. Liu, L. T.; Yaron, D.; Sluch, M. I.; Berg, M. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18844.
43. Liu, L. T.; Yaron, D.; Berg, M. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 5770.
44. Wells, N. P.; Blank, D. A. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 086403.
45. Gierschner, J.; Mack, H.-G.; Lüer, L.; Oelkrug, D. J. Chem. Phys. 2002, 116, 8596-8609.
46. Bässler, H.; Schweitzer, B. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 173-182.
47. Scholes, G. D.; Rumbles, G. Nat. Mater. 2006, 5, 683.
48. Dykstra, T. E.; Kovalevskij, V.; Yang, X.; Scholes, G. D. Chem. Phys. 2005, 318, 21-32.
49. Yang, X.; Dykstra, T. E.; Scholes, G. D. Phys. Rev. B 2005, 71, 045203.
50. Scholes, G. D.; Larsen, D. S.; Fleming, G. R.; Rumbles, G.; Burn, P. L. Phys. Rev. B 2000, 61, 13670.
51. Rothberg, L. J.; Yan, M.; Galvin, M. E.; Kwock, E. W.; Miller, T. M.; Papadimitrakopoulos, F. Synth. Met. 1996, 80, 41.
52. Yan, M.; Rothberg, L. J.; Kwok, E. W.; Miller, T. M. Phys. Rev. Lett. 1995, 75, 1992.
53. Leng, J. M.; Jeglinski, S.; Wei, X.; Brenner, R. E.; Vardeny, Z. V.; Guo, F.; Mazumdar, S. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 156.
54. Österbacka, R.; Wohlgenannt, M.; Chinn, D.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. B 1999, 60, 11253.
55. Lim, S.-H.; Bjorklund, T. G.; Gaab, K. M.; Bardeen, C. J. J. Chem. Phys. 2002, 117, 454.
56. Bjorklund, T. G.; Lim, S.-H.; Bardeen, C. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 11970.
57. Heller, C. M.; Campbell, I. H.; Laurich, B. K.; Smith, D. L.; Bradley, D. D. C.; Burn, P. L.; Ferrais, J. P.; Müllen, K. Phys. Rev. B 1996, 54, 5516.
58. Tretiak, S.; Saxena, A.; Martin, R. L.; Bishop, A. R. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 097402,
59. Beljonne, D.; Pourtois, G.; Silva, C.; Hennebicq, E.; Herz, L. M.; Friend, R. H.; Scholes, G. D.; Setayesh, S.; Müllen, K.; Brédas, J. L. Proc. Nat. Acad. Sci. 2002, 99, 10982-10987.
60. Hartree, D. R. Proc. Cambridge Phil. Soc. Math. Phys. Sci. 1928, 24, 328.
61. Dewar, M. J. S.; Zoesbisch, E. G.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. J. Am. Chem. Soc. 1995, 107, 3702.
62. Rissler, J.; Bässler, H.; Gebhard, F.; Schwerdtfeger, P. Phys. Rev. B 2001, 64, 045122.
63. Møller, C.; Plesset, M. S. Phys. Rev. 1934, 46, 618.
64. Pople, J. A.; Beveridge, D. L.; Dobosch, P. A. J. Chem. Phys. 1967, 47, 2026.
65. Fock, V. Z. Phys. 1930, 61, 126.
66. Zerner, M. C.; Loew, G. H.; Kichner, R. F.; Mueller-Westerhoff, V. T. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 5279.
67. Ridley, J.; Zerner, M. C. Theoret. Chim. Acta 1973, 32, 111.
68. Mataga, N.; Nishimoto, K. Z. Phys. Chem. 1957, 13, 140.
69. Pariser, R.; Parr, R. J. Chem. Phys. 1953, 21, 767.
70. Cornil, J.; Beljonne, D.; Friend, R. H.; Brédas, J. L. Chem. Phys. Lett. 1994, 223, 82.
71. Marguet, S.; Markovitsi, D.; Millié, P.; Sigal, H.; Kumar, S. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4697.
72. Krueger, B. P.; Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5378-5386.
73. Claudio, G. C.; Bittner, E. R. J. Chem. Phys. 2001, 115, 9585.
74. Claudio, G. C.; Bittner, E. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 7092.
75. Scholes, G. D.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1854-1868.
76. Myers, A. B. J. Opt. Soc. Am. B 1990, 7, 1665-1672.
77. Myers, A. B. J. Raman Spectrosc. 1997, 28, 389-401.
78. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
79. Fidder, H.; Knoester, J.; Wiersma, D. A. J. Chem. Phys. 1991, 95, 7880.
80. Heijs, D. J.; Malyshhev, V. A.; Knoester, J. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 177402.
81. Bednarz, M.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2002, 117, 6200-6213.
82. Didraga, C.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18818-18827.
83. Bednarz, M.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2003, 91, 217401.
84. Kubo, R. Adv. Chem. Phys. 1969, 15, 101-127.
85. Sue, J.; Yan, Y. J.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1986, 85, 462-474.
86. Samuel, I. D. W.; Rumbles, G.; Collison, C. J. Phys. Rev. B 1995. 52, 11573.
87. Grozema, F. C.; Siebbeles, L. D. A.; Gelinck, G. H.; Warman. J. M. Top. Curr. Chem. 2005,
88. Cross, A. J.; Fleming, G. R. Biophys. J. 1984, 46, 45-56.
89. Gochanour, C. R.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. 1981, 85, 1989.
90. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy; Plenum Press: New York, 1983.
91. Wilhelm, T.; Piel, J.; Riedle, E. Opt. Lett. 1997, 22, 1494.
92. Stalmach, U.; Kolshorn, H.; Brehm, I.; Meier, H. Liebigs Annalen 1996, 1449-1456.
93. Zaushitsyn, Y.; Jespersen, K. G.; Valkunas, L.; Sundström, V.; Yartsev, A. Phys. Rev. B 2007, 75, 195201.
94. Martini, I. B.; Smith, A. D.; Schwartz, B. J. Phys. Rev. B 2004, 69, 035204.
95. De Schryver, F. C.; Vosch, T.; Cotlet, M.; Van Der Auweraer, M.; Müllen, K.; Hofkens, J. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 514-522.
96. McClain, W. M. J. Chem. Phys. 1972, 57, 2264-2272.
97. Wagnière, G. J. Chem. Phys. 1982, 76, 473-480.
98. Scholes, G. J. Chem. Phys. 2004, 121, 10104-10110.
99. Goodson, T. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 581-603.
100. Andrews, D. L.; Blake, N. P. J. Phys. A: Math. Gen. 1989, 22, 49-60.
101. Andrews, D. L.; Thirunamachandran, T. J. Chem. Phys. 1977, 67, 5026.
102. Scholes, G. D.; Kim, J.; Wong, C. Y. Phys. Rev. B 2006, 73, 195325.
103. Joo, T.; Jia, Y.; Yu, J.-Y.; Lang, M. J.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6089-6108.
104. Frankevich, E. L.; Lymarev, A. A.; Sokolik, I.; Karasz, F. E.; Baughman, R.; Hörhold, H. H. Phys. Rev. B 1992, 46, 320.
105. Lee, C. H.; Yu, G.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 1993, 47, 15543.
106. Conwell, E. M.; Mizes, H. A. Phys. Rev. B 1995, 51, 6953.
107. Lane, P. A.; Wei, X.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. B 1997, 56, 4626.
108. Kraabel, B.; McBranch, D.; Sariciftci, N. S.; Moses, D.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 1994, 50, 18543-18552.
109. Rothberg, L.; Jedju, T. M.; Townsend, P. D.; Etemad, S.; Baker, G. L. Phys. Rev. Lett. 1990, 65, 100-103.
110. Arkhipov, V. I.; Bässler, H. Phys. Stat. Solidi A 2004, 201, 1152-1187.
111. An, Z.; Wu, C. Q.; Sun, X. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 216407.
112. Moses, D.; Dogarlu, A.; Heeger, A. J. Chem. Phys. Lett. 2000, 316, 356-360.
113. Sheng, C. X.; Tong, M.; Singh, S.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. B 2007, 75, 085206.
114. Greenham, N. C.; Samuel, I. D. W.; Hayes, G. R.; Phillips, R. T.; Kessener, Y. A. R. R.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B.; Friend, R. H. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 89-96.
115. Silva, C.; Russell, D. M.; Dhoot, A. S.; Herz, L. M.; Daniel, C.; Greenham, N. C.; Arias, A. C.; Setayesh, S.; Müllen, K.; Friend, R. H. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 9803-9824.
116. Hendry, E.; Schins, J. M.; Candeias, L. P.; Siebbeles, L. D. A.; Bonn, M. Phys. Rev. Lett. 2004, 92.
117. Miranda, P. B.; Moses, D.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 2004, 70, 085212.
118. Collini, E.; Scholes, G. D. Science, 2008, in press.
119. Smith, E.; Farrow, D.; Jonas, D. J. Chem. Phys. 2005, 123, 044102.
120. Chang, M. H.; Hoffmann, M.; Anderson, H. L.; Herz, L. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10171-10178.
121. Gaab, K. M.; Bardeen, C. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4619-4626.
122. Scholes, G. D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 57-87.
123. Yang, M.; Agarwal, R.; Fleming, G. R. J. Photochem. Photobiol. A 2001, 142, 107-119.
124. Ruseckas, A.; Samuel, I. D. W. Phys. Stat. Solidi C 2006, 3, 263-266.
125. Karabunarliev, S.; Bittner, E. B. J. Chem. Phys. 2003, 118, 4291-4296.
126. Timpmann, K.; Rätsep, M.; Hunter, C. N.; Freiberg, A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10581-10588.
127. Wong, K. S.; Wang, H. X.; Lanzani, G. Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 59-64.
128. Franco, I.; Tretiak, S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12130-12140.
129. Nesterov, E. E.; Zhu, Z.; Swager, T. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10083-10088.
130. Nguyen, T.-Q.; Wu, J.; Doan, V.; Schwartz, B. J.; Tolbert, S. H. Science 2000, 288, 652-6.
131. Beljonne, D.; Pourtois, G.; Shuai, Z.; Hennebicq, E.; Scholes, G. D.; Brédas, J. L. Synth. Met. 2003, 137, 1369-1371.
132. Beljonne, D.; Hennebicq, E.; Daniel, C.; Herz, L. M.; Silva, C.; Scholes, G. D.; Hoeben, F. J. M.; Jonkheijm, P.; Schenning, A. P. H. J.; Meskers, S. C. J.; Phillips, R. T.; Friend, R. H.; Meijer, E. W. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10594-10604.
133. Walter, M. J.; Lupton, J. M.; Becker, K.; Feldmann, J.; Gaefke, G.; Höger, S. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 137401.
134. Pullerits, T.; Mirzov, O.; Scheblykin, I. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19099-19107.
135. Rothberg, L. J. In Semiconducting Polymers: Chemistry, Physics, and Engineering, 2nd Ed.; Hadziioannu, G.; Malliaras, G. G., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2007, p 179.
136. Wexler, D.; Kochendoerfer, G. G.; Mathies, R. A. In Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Reaction Dynamics at Atomic Scale Resolution; Imperial College Press: London, 1997,
137. Westenhoff, S.; Beenken, W.; Friend, R. H.; Greenham, N. C. Phys. Rev. Lett. 2006, 166804.
138. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1994, 101, 1251-1261.