Universal and Specific Features of Geminate Delayed Fluorescence by Triplet Fusion

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05395
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Seki Kazuhiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 上級主任研究員 (60344115)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 隆二 日本大学, 工学部, 教授 (60204509) ; 矢後 友暁 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30451735)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 励起子 / 一重項 / 三重項 / 拡散

Outline of Final Research Achievements

Singlet fission (SF) is a photochemical process, which generates two triplets from a singlet exciton. Its reverse process is termed triplet fusion (TF). When TF occurs between the same geminate triplet-pair generated by SF, delayed fluorescence by geminate fusion might occur when TF between geminate pair involves diffusional encounter. The delayed fluorescence after pulsed excitation decays by power law. In 1,2, and 3 dimensions, the exponent is -3/2, -1 (apart from logarithmic dependence), and -3/2, respectively. The exponent of the power law decay reflects the diffusional anisotropy. Theoretically, the exponent of the power law decay may change from -1 of 2 dimensions to -3/2 of 3 dimensions as time proceed for certain values of the anisotropy ratio in the triplet diffusion constants but the diffusion should be highly anisotropic (1000 times different) to obtain such cross-over. The theoretical results are compared to the measured fluorescence decay in tetracene and rubrene.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

パルス励起光により生じた三重項融合による遅延蛍光は拡散を介して起こるため、拡散という普遍的な現象に由来する、特徴的な減衰を示す事が分かった. さらに、拡散という普遍的な現象に対する結晶構造に由来する三重項励起子の拡散異方性の影響について理論と実験の両面から研究を行った. テトラセンについては遅延蛍光の冪乗則に従う減衰の測定から拡散を介して起こっていると結論することができることを確立することができた.これに対して、結晶異方性の強いルブレンについては、拡散の次元依存性について他のグループの間で解釈が分かれている.ルブレンに対する遅延蛍光の減衰について、理論的に合理的な結果を示す事ができた.