Study for the spin conversion mechanism in the multiexciton generated by the singlet fission

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15506
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: Nagashima Hiroki 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (60814027)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電子スピン共鳴 / 一重項分裂 / 三重項 / 五重項 / スピン化学 / 光化学

Outline of Final Research Achievements

Singlet fission is a unique reaction which produces two triplet excitons from one singlet exciton. In this study, we measured time-resolved electron spin resonance to understand the spin conversion mechanism in the correlated triplet-triplet pair which is important to develop efficient singlet fission materials in future. The time-resolved electron spin resonance spectra of the singlet-fission-born quintet state revealed that geometric structures of the pair of singlet fission materials are related with the spin conversion. The study revealed that the structural flexibility of the singlet fission materials are important for spin conversion.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽電池は, 現代のエネルギー問題を解決しうる切り札として知られる。太陽電池の効率にはショックリークワイサーリミットとして知られる, 理論上の限界が存在するために, その性能向上や実用面には大きな制限がかかっていた。シングレットフィッションはそのような一つの光子から二つの三重項を生み出す, 太陽電池の限界を超えられる反応である。本研究では一重項分裂で生じた三重項のダイナミクスを観測し, 構造と関連づけ, 分子の柔軟性が逆反応を防ぐスピン変換を引き起こすことを明らかにした。