Maximizing singlet fission in organic dimers: Theoretical investigation of triplet yield in the regime of localized excitation and fast coherent electron transfer

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 45, 2010, Pages 14168-14177

  Greyson, Eric C ^a   Vura Weis, Josh ^a   Michl, Josef ^b,c   Ratner, Mark A ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

^c INSTITUTE OF ORGANIC CHEMISTRY AND BIOCHEMISTRY   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; CHROMOPHORES; DIMERS; ELECTRON TRANSITIONS; EXCITED STATES; EXCITONS; ION EXCHANGE; PHOTONS;

CHARGE TRANSFER STATE; CHROMOPHORE DESIGN; DENSITY MATRIX THEORY; ELECTRON TRANSFER; ELECTRONIC COUPLING; LOCALIZED EXCITATIONS; MOLECULAR PROPERTIES; ORBITAL ENERGY; SINGLET EXCITONS; THEORETICAL INVESTIGATIONS; TRIPLET EXCITONS; TWO-STEP MECHANISMS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 77956443445     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp907392q     Document Type: Article

References (62)

1. Singh, S.; Jones, W. J.; Siebrand, W.; Stoichef, B. P.; Schneider, W. G. J. Chem. Phys. 1965, 42, 330.
2. Geacintov, N.; Pope, M.; Vogel, F. Phys. Rev. Lett. 1969, 22, 593-596.
3. Geacintov, N. E.; Burgos, J.; Pope, M.; Strom, C. Chem. Phys. Lett. 1971, 11, 504-508.
4. Katoh, R.; Kotani, M. Chem. Phys. Lett. 1992, 196, 108-112.
5. Klein, G.; Voltz, R; Schott, M. Chem. Phys. Lett. 1972, 16, 340-344.
6. Merrifield, R. E.; Avakian, P.; Groff, R. P. Chem. Phys. Lett. 1969, 3, 155-157.
7. Swenberg, C. E.; Van Metter, R.; Ratner, M. Chem. Phys. Lett. 1972, 16, 482-485.
8. Yarmus, L.; Rosenthal, J.; Chopp, M. Chem. Phys. Lett. 1972, 16, 477-4-81.
9. Arnold, S.; Altano, R. R.; Pope, M.; Yu, W.; Ho, P.; Selsby, R.; Tharrats, J.; Swenberg, C. E. J. Chem. Phys. 1976, 64, 5104-5114.
10. Arnold, S.; Whitten, W. B. J. Chem. Phys. 1981, 75, 1166-1169.
11. Fleming, G. R.; Millar, D. P.; Morris, G. C.; Morris, J. M.; Robinson, G. W. Aust. J. Chem. 1977, 30, 2353-2359.
12. Frankevich, E. L.; Lesin, V. I.; Pristupa, A. I. Chem. Phys. Lett. 1978, 58, 127-131.
13. Groff, R. P.; Avakian, G. P.; Merrifield, R. E. Phys. Rev. B 1970, 1, 815-817.
14. Jundt, C.; Klein, G.; Sipp, B.; Lemoigne, J.; Joucla, M.; Villaeys, A. A. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 84-88.
15. Lopez-Delgado, R.; Miehe, J. A.; Sipp, B. Opt. Commun. 1976, 19, 79-82.
16. Pope, M.; Geacintov, N. E.; Vogel, F. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1969, 6, 83-104.
17. Vonburg, K.; Altwegg, L.; Zschokkegranacher, I. Phys. Rev. B 1980, 22, 2037-2049.
18. Lee, J.; Jadhav, P.; Baldo, M. A. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 033301.
19. Austin, R. H.; Baker, G. L.; Etemad, S.; Thompson, R. J. Chem. Phys. 1989, 90, 6642-6646.
20. Dellepiane, G.; Comoretto, D.; Cuniberti, C. J. Mol. Struct. 2000, 521, 157-166.
21. Gradinaru, C. C.; Kennis, J. T. M.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; Fleming, G. R.; Niederman, R. A.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2364-2369.
22. Katoh, R.; Kotani, M.; Hirata, Y.; Okada, T. Chem. Phys. Lett. 1997, 264, 631-635.
23. Kraabel, B.; Hulin, D.; Aslangul, C.; Lapersonne-Meyer, C.; Schott, M. Chem. Phys. 1998, 227, 83-98.
24. Lanzani, G.; Cerullo, G.; Zavelani-Rossi, M.; De Silvestri, S.; Comoretto, D.; Musso, G.; Dellepiane, G. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 187402.
25. Müller, A. M.; Avlasevich, Y. S.; Müllen, K.; Bardeen, C. J. Chem. Phys. Lett. 2006, 421, 518-522.
26. Müller, A. M.; Avlasevich, Y. S.; Schoeller, W. W.; Müllen, K.; Bardeen, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14240-14250.
27. Österbacka, R.; Wohlgenannt, M.; Chinn, D.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. B 1999, 60, R11253-R11256.
28. Österbacka, R.; Wohlgenannt, M.; Shkunov, M.; Chinn, D.; Vardeny, Z. V. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8905-8916.
29. Papagiannakis, E.; Das, S. K.; Gall, A.; van Stokkum, I. H. M.; Robert, B.; van Grondelle, R.; Frank, H. A.; Kennis, J. T. M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5642-5649.
30. Papagiannakis, E.; Kennis, J. T. M.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 6017-6022.
31. Wohlgenannt, M.; Graupner, W.; Leising, G.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 3344-3347.
32. Wohlgenannt, M.; Graupner, W.; Österbacka, R.; Leising, G.; Comoretto, D.; Vardeny, Z. V. Synth. Met. 1999, 101, 267-268.
33. Zenz, C.; Cerullo, G.; Lanzani, G.; Graupner, W.; Meghdadi, F.; Leising, G.; De Silvestri, S. Phys. Rev. B 1999, 59, 14336-14341.
34. Wohlgenannt, M.; Graupner, W.; Leising, G.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 1272-1272.
35. Hanna, M. C.; Nozik, A. J. J. Appl. Phys. 2006, 100, 074510.
36. Paci, I.; Johnson, J. C.; Chen, X. D.; Rana, G.; Popović, D.; David, D. E.; Nozik, A. J.; Ratner, M. A.; Michl, J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16546-16553.
37. Michl, J.; Nozik A. J.; Chen, X.; Johnson, J. C.; Rana, G.; Akdag, A.; Schwerin, A. F. In Organic Photovoltaics VIII; Kafafi, Z. H., Lane, P. A., Eds.; Proceedings of SPIE; SPIE: Bellingham, WA, 2007; Vol. 6656, p 66560E1.
38. Johnson, J. C.; Chen, X.; Rana, G.; Paci, I.; Ratner, M. A.; Michl, J.; Nozik, A. J. Manuscript in preparation.
39. Greyson, E. C.; Stepp, B. R.; Cheng, X.; Schwerin, A. F.; Paci, I.; Smith, M. B.; Akdag, A.; Johnson, J. C.; Nozik, A. J.; Michl, J.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B, DOI: 10.1021/jp909002d.
40. Kral, K. Czech. J. Phys. Sect. B 1972, B 22, 566-571.
41. Singh, J. J. Phys. Chem. Solids 1978, 39, 1207-1209.
42. Trlifaj, M. Czech. J. Phys. Sect. B 1972, B 22, 832-840.
43. Englman, R.; Jortner, J. Mol. Phys. 1970, 18, 145-164.
44. Johnson, R. C.; Merrifield, R. E. Phys. Rev. B 1970, 1, 896-902.
45. Reuter, M.; Walter, M. J.; Lagoudakis, P. G.; Hummel, B.; Kolb, J. S.; Roskos, H. G.; Schert', U.; Lupton, J. M. Nat. Mater. 2005, 4, 340-346.
46. Scott, A. M.; Miura, T.; Ricks, A. B.; Dance, Z. E. X.; Giacobbe, E. M.; Colvin, M. T.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17655-17666.
47. Kasha, M.; Rawls, H. R.; El-Bayoumi, M. A. Pure Appl. Chem. 1965, 11, 371-392.
48. Wu, Q.; Van Voorhis, T. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 9212-9218.
49. Wu, Q.; Van Voorhis, T. Phys. Rev. A 2005, 72, 24502.
50. Wu, Q.; Van Voorhis, T. J. Chem. Phys. 2006, 125, 164105.
51. Brédas, J. L.; Beljonne, D.; Coropceanu, V.; Cornil, J. Chem. Rev. 2004, 104, 4971-5003.
52. Longuet-Higgins, H. C.; Roberts, M. d. V. Proc. R. Soc. London, Ser. A, Math. Phys. Sci. 1954, 224, 336-347.
53. Venkataraman, L.; Klare, J. E.; Nuckolls, C.; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nature 2006, 442, 904-907.
54. Woitellier, S.; Launay, J. P.; Joachim, C. Chem Phys. 1989, 131, 481-488.
55. Shao, Y.; Molnar, L. F.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenteid, C.; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V.; O'Neill, D. P.; DiStasio, R A.; Lochan, R C.; Wang, T.; Beran, G. J. O.; Besley, N. A.; Herbert, J. M.; Lin, C. Y.; Van Voorhis, T.; Chien, S. H.; Sodt, A.; Steele, R P.; Rassolov, V. A.; Maslen, P. E.; Korambath, P. P.; Adamson, R D.; Austin, B.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Dachsel, H.; Doerksen, R J.; Dreuw, A.; Dunietz, B. D.; Dutoi, A. D.; Furlani, T. R; Gwaltney, S. R; Heyden, A.; Hirata, S.; Hsu, C. P.; Kedziora, G.; Khalliulin, R Z.; Klunzinger, P.; Lee, A. M.; Lee, M. S.; Liang, W.; Lotan, I.; Nair, N.; Peters, B.; Proynov, E. I.; Pieniazek P. A.; Rhee, Y. M.; Ritchie, J.; Rosta, E.; Sherrill, C. D.; Simmonett, A. C.; Subotnik J. E.; Woodcock H. L.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K.; Chipman, D. M.; Keil, F. J.; Warshel, A.; Hehre, W. J.; Schaefer, H. E; Kong, J.; Krylov, A. I.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172-3191.
56. Bylaska, E. J.; de Jong, W. A.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T. P.; Valiev, M.; Wang, D.; Apra, E.; Windus, T. L.; Hammond, J.; Nichols, P.; Hirata, S.; Hackler, M. T.; Zhao, Y.; Fan, R-D.; Harrison, R J.; Dupuis, M.; Smith, D. M. A.; Nieplocha, J.; Tipparaju, V.; Krishnan, M.; Wu, Q.; Voorhis, T. V.; Auer, A. A.; Nooijen, M.; Brown, E.; Cisneros, G.; Farm, G. I.; Fruchtl, H.; Garza, J.; Hirao, K.; Kendall, R; Nichols, J. A.; Tsemekhman, K.; Wolinski, K.; Anchell, J.; Bernholdt, D.; Borowski, P.; Clark, T.; Clerc, D.; Dachsel, H.; Deegan, M.; Dyall, K.; Elwood, D.; Glendening, E.; Gutowski, M.; Hess, A.; Jaffe, J.; Johnson, B.; Ju, J.; Kobayashi, R; Kutteh, R; Lin, Z.; Littlefield, R; Long, X.; Meng, B.; Nakajima, T.; Niu, S.; Pollack, L.; Rosing, M.; Sandrone, G.; Stave, M.; Taylor, H.; Thomas, G.; van Lenthe, J.; Wong, A.; Zhang, Z. NWChem, a computational chemistry package for parallel computers, Version 5.1, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington 99352-0999, USA, 2007.
57. Kendall, R. A.; Apra, E.; Bernholdt, D. E.; Bylaska, E. J.; Dupuis, M.; Fann, G. I.; Harrison, R. J.; Ju, J. L.; Nichols, J. A.; Nieplocha, J.; Straatsma, T. P.; Windus, T. L.; Wong, A. T. Comput. Phys. Commun. 2000, 128, 260-283.
58. Bixon, M.; Jortner, J. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 35-202.
59. Ter Haar, D. Rep. Prog. Phys. 1961, 24, 304-362.
60. Beratan, D. N.; Onuchic, J. N.; Hopfield, J. J. J. Chem. Phys. 1987, 86, 4488-4498.
61. Davis, W. B.; Wasielewski, M. R.; Ratner, M. A.; Mujica, V.; Nitzan, A. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 6158-6164.
62. Todd, M. D.; Nitzan, A.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. 1993, 97,29-33.