CC BY
24
УДК 548.571:548.4
ВЛИЯНИЕ СЛАБЫХ ПОСТОЯННОГО И МИКРОВОЛНОВОГО МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНОГО КОМПЛЕКСА ТВРОА 2Сбо
© Ю.И. Головнн, Д.В. Комаров, А.Л. Литвинов, Д.В. Лопатин, Р.Н. Любовская, В.В. Родаев, А.В. Умрихин
Golovin Yu.I., Konarcv D.V., Litvinov A.L., Lopalin D.V., Lyubovskaya R.N., Rodaev V.V., Umrikhin A.V. Influcncc of weak constant and microwave magnetic Helds on the donor-acceptor complex TBPDA 2CW) photoconductivity. Influence of weak magnetic field 8„ < 1 Tl on the donor-acceptor complex TBPDA 2CM photoconductivity has been found. The obtained spectrum RYDMR shows spin-nature mechanism of free carrier charges generation in a magnetic field. CT-cxiton triplct-triplct annihilation model explaining influcncc of weak magnetic field on the TBPDA 2C«i photoconductivity is suggested.
Молекула фуллерена Сы, является л-акцептором нового типа и имеет ряд существенных отличий от других акцепторных молекул: большие размеры, сферическую форму, высокую симметрию и поляризуемость. Эти особенности вносят определенную специфику в донорно-акцепторные взаимодействия в соединениях фуллерена Сбо. что приводит к созданию материалов с необычными физическими свойствами. Например, комбинация проводящих полимеров с фулле-реном С,,о дает возможность осуществить эффективный фотоперенос и пространственное разделение зарядов с большим временем жизни, что значительно увеличивает фотопроводимость полимеров [1]. Таким образом, представляется перспективным исследование элек-тронно-оптическнх свойств донорно-акцепторных соединений на основе фуллерена Сбо- В частности, высокая фотопроводимость комплексов Сбо с насыщенными аминами, такими как Ы,Ы,Ы',Ы'-тетрабензил-/1-фенилендиамин (TBPDA), открывает возможность их эффективного применения в качестве материалов для создания фотопреобразователей энергии и других оп-тико-электрнческих устройств [2].
Основная цель данной работы заключалась в исследовании возможности управления слабым магнитным полем электронно-оптическими свойствами, в частности, фотопроводимостью донорно-акцепторного комплекса TBPDA'2Cbo.
Исследовали кристаллические образцы донорно-акценторного комплекса TBPD.V2CW), выращенные в ИПХФ РАН выпариванием раствора хлорбензола, содержащего фуллерен и амин. Для возбуждения фотопроводимости использовался свет лампы накаливания мощностью 150 Вт. Характеристикой фотопроводимости служил ток /, протекающий через индиевые контакты, которые крепились на одной нз граней образцов при помощи серебряной пасты. К контактам прикладывалось постоянное напряжение 10-50 В. Измерение величины тока осуществлялось посредством электрометрического усилителя В7-30, сопряженного с персональным компьютером. Измерительная ячейка с нссле-
дуемым образцом помещалась в резонатор стандартного ЭПР спектрометра ЯасПорап БЕ/Х 2547.
В первой серии экспериментов было установлено, что кристаллы ТВРПА2СЫ| обладали высоким темповым сопротивлением - 1011 Ом при характерных линейных размерах образца 1x05x0,1 мм5. При освещении образца белым светом наблюдается увеличение тока в цепи до 103 раз. При длительном освещении (/ ~ Ю4 с) не наблюдается заметного изменения фототока.
Во второй серии экспериментов исследовали влияние слабого МП на фотопроводимость донорно-акцепторного комплекса ТВРГ)А'2Сбо- Обнаружено, что фототок чувствителен к магнитному полю. Зависимость изменения фототока от индукции МП характеризуется переменой знака при значении поля ~ 0,3 Тл (рис. 1) и, предположительно, достигает насыщения в полях ~ 1 Тл. Полевая зависимость с переменой знака характерна для процессов, связанных с влиянием МП на концентрацию триплетиых экситопов с переносом заряда (см. врезку на рис. I) [3].
При фоговозбуждении комплекса происходит перенос заряда с донора ТВРПА на акцептор что
•!Ч И_ I>
Рис. 1. Зависимость относительного изменения фототока / в комплексе ТВРОА-2С«1 от индукции магнитного поля й0. Па врезке показана теоретически рассчитанная полевая зависимость концентрации гриплетных экситонов, взятая из работы [3 ]
Рис. 2. Спектр РИДМР комплекса ТВРОА-2Сы>. Частота микроволнового магнитного поля V = 8,96 ГГц
приводит к образованию состояния с переносом заряда (СТ-экситона). Свободные носители заряда преимущественно образуются за счет термической или примесной диссоциации СТ-экситонов.
Состояние с переносом заряда в зависимости от взаимной ориентации спинов его компонент (электрона и дырки) может быть синглетным или триплстным. Спин СТ-экситона оказывает существенное влияние на скорость процессов с его участием, поскольку эти процессы проходят за времена, существенно меньшие, чем время спин-решеточной релаксации [4].
Для проверки спиновой природы влияния МП на генерацию свободных носителей заряда были созданы экспериментальные условия для регистрации спектров ЭПР, детектируемого по изменению фотопроводимости (РИДМР) донорно-акцепторного комплекса ТВРОА 2Сы). Полученный спектр РИДМР (рис. 2) содержат два резонансных пика отрицательной полярности при 0,189 и 0,312 Тл, полуширина пиков 0,009 Тл. Второй пик имеет тонкую структуру.
Для интерпретации спектра РИДМР гетеромолеку-лярного кристалла ТВРОА'2См рассмотрим модель, которая учитывает модуляцию внешним магнитным полем константы скорости триплет-триплетной аннигиляции экситонов [5]. Кинетическую модель процесса аннигиляции триплетных экситонов можно представить в виде:
-А’) . -2
Т + Т 1,3,5(Г...Г), *^'1 >5, +50, (1)
* I
где (Т...Т), - промежуточное парное состояние, образующееся в одном из девяти ВОЗМОЖНЫХ, 1-ОМ, спиновом состоянии; (1/9)/Г| - константа скорости образования каждого парного состояния; К., - константа скорости обратного рассеяния из какого-либо парного состояния, не зависящая от спина промежуточной пары; К.ч Я, 2 - константа скорости аннигиляции для /-го спинового состояния, .5, - амплитуда еннглетной компоненты в этом состоянии.
В постоянных магнитных полях с индукцией В0 > > 0,1 Тл в общем случае только два уровня и SQ■>
содержат синглетную компоненту 5, присутствие которой определяет превращения пары в конечное еннг-летное состояние. Эти превращения вызывают частичное опустошение уровней SQ\ и Микроволновое магнитное поле стимулирует преимущественно переходы с квннтиплетных уровней 0м и О \ на и
(рис. 3), тем самым, увеличивая их заселенность.
Рис. 3. Схема резонансных переходов в двухтриплетлом комплексе (Т...Т)
Поскольку полная константа скорости процесса (I),
1 9 К^2
определяемая как у = — АГ( 1---—, является
9 / *_,+ АГ^|^|2
функцией стационарных заселенностей уровней комплекса (Т...Т), то указанные выше резонансные переходы приводят к возрастанию у.
Увеличение выхода продуктов реакции (1) приводит к уменьшению концентрации триплетных экситонов, и, как следствие, к уменьшению образования свободного носителя заряда в молекулярных кристаллах, что объясняет появление в спектре РИДМР донорно-акцепторного комплекса ТВРОА'2Сбо двух резонансных пиков отрицательной полярности.
В работе обнаружено влияние слабого МП с индукцией В0 < 1 Тл на фотопроводимость донорно-акцепторного комплекса ТВРОА'2Сбо. Показано резонансное изменение фотопроводимости ТВРС)А-2С(>о в условиях ЭПР. Предложена модель влияния МП на константу Т-Т аннигиляции экситонов с переносом заряда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Трефилое В.И.. Щур Д. В . Тарасов Б. П. и др. Фуллсрены основы материалов будущего. Киев: АДЕФ - Украина. 2001. С. 147.
2. Копире в Д. В.. Любочская Р.Н. Донорно-акцепторные комплексы и ион-раднкадыше соли на основе фуллсрснов // Успехи химии. 1999. Т. 68. № I.C. 23-44.
3. Johnson R.C., Merrifield R.E., Avakian P. Flippcn R.B. I:fleets of magnetic field on the mutual annihilation of the triplet excitons in molecular crystals// Phys. Rev. Lett. 1967. V. 19. X? 6. P. 285-287.
4. Фрапксвич Е.Л., Приступа АЛ.. Трибелъ М.М.. Соколик И.А. Магнитный резонанс короткоживущнх состояний с переносом заряда в молекулярных кристаллах, детектируемый по фотопроводимости // ДАН. 1977. Т. 236. № 5. С. 1173-1176.
5. Поуп М.. Свенберг Ч. Электронные процессы в органических кристаллах. М.: Мир. 1985. Т. I. С. 543.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнены при поддержке ФЦП «Фуллерены и атомные кластеры» (проект № 541-02) и РФФИ (грант № 02-02-17571 и №03-02-06181).
