Влияние постоянного и микроволнового магнитных полей на фотогенерацию свободных носителей заряда в донорно акцепторном комплексе тврda (C60)2 Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таким образом, в работе показано, что фото- и тем-новая проводимости монокристаллов С60 чувствительны к малодозовому радиационному (3-облучению.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурлаков Е.Б. II Российский химический журнал. 1999. Т. 43. № 5. С. 3-11.

2. Головин Ю.И., Лопатин Д.В., Николаев Р.К., Умрихин А.В., Шму-рак С.З. //ДАН. 2002. Т. 387. № 6. С. 1-3.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 02-02-17571 и № 03-02-06181) и ФЦП «Фуллерены и атомные кластеры».

ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО И МИКРОВОЛНОВОГО МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ФОТОГЕНЕРАЦИЮ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНОМ КОМПЛЕКСЕ ТВРВА-(С60)2

© Д.В. Лопатин, В.В. Родаев

Молекула фуллерена С60 является ^-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 С60, что приводит к созданию материалов с необычными физическими свойствами.

Основная цель работы заключалась в обнаружении и исследовании влияния слабого постоянного и микроволнового магнитных полей на электронно-оптические свойства, в частности, фотопроводимость донорно-акцепторного комплекса ТВРОА'(С60)2-

Обнаружено, что фотопроводимость комплекса ТВР[)Л,(С(,о)2 чувствительна к магнитному полю (МП)

с индукцией В0 < 1 Тл. Зависимость изменения фототока от В0 характеризуется переменой знака при В0 ~ 0,3 Тл (рис. 1) и, предположительно, достигает насыщения в полях порядка 1 Тл. Вид полевой зависимости характерен для процессов, связанных с влиянием МП на концентрацию триплетных экситонов с переносом заряда в молекулярных кристаллах [1].

Получен спектр РИДМР (рис. 1а), детектируемый по изменению фотопроводимости донорно-акцептор-ного комплекса ТВРОА (С60)2- Разложение спектра на гаусс-лоренцевы составляющие позволило выделить два резонансных пика отрицательной полярности при 0,189 и 0,312 Тл с полушириной 0,009 Тл. Второй пик имеет тонкую структуру и расщеплен на две компоненты с минимумами при 0,306 и 0,316 Тл и полушириной 0,008 и 0,002 Тл соответственно.

Рис. 1. Зависимость относительного изменения фототока Д1 в комплексе ТВРОА (Сбо)2 от индукции магнитного поля Во- На врезке (а) показан спектр РИДМР комплекса ТВРОА(С6о)2. Частота микроволнового магнитного поля V = 8,96 ГГц. На врезке (Ь) приведена схема резонансных переходов в двухтриплетном комплексе (3Г...37)1,3,5

Определено характеристическое время спиновой эволюции xev ~ h/(g[iD) ~ 2,7 10 11 с и время жизни промежуточных парных состояний тра1Г ~ h/(g\iAB) ~ — 3,1 10 ’> с, где ц - магнетон Бора, D - параметр тонкой структуры для триплетных экситонов в комплексе TBPDA*(C60)2, ДВ - полуширина резонансных пиков. Результаты вычислений удовлетворяют необходимому условию воздействия МП на спин-селективные процессы в твердых телах: xev < xpajr < тге|, где хге] - время релаксации спинов с типичным значением для молекулярных кристаллов 10 6 - 10 8 с.

Для интерпретации спектра РИДМР предложена модель, учитывающая модуляцию внешним магнитным полем константы скорости процесса триплет-триплетной аннигиляции экситонов [2], вследствие стимулированных резонансных переходов между спиновыми состояниями промежуточного (3Г. ..37)13,5 комплекса, обладающими различной степенью синг-летности S (рис. 16).

В работе обнаружено влияние слабого постоянного МП на фотопроводимость донорно-акцепторного комплекса TBPDA (C60)2- Получен спектр РИДМР, свидетельствующий о спиновой природе механизма генерации свободных носителей заряда в МП. Определены временные характеристики промежуточных триплет-триплетных пар.

ЛИТЕРАТУРА

1. Johnson R.C., Merrifield R.E., Avakian Р, Flippen R.B. Effects of magnetic field on the mutual annihilation of the triplet excitons in molecular crystals // Phys. Rev. Lett. 1967. V. 19. № 6. P. 285-287.

2. Pope М., Swenberg C. Electronic processes in organic crystals. Oxford: Clarendon Press, 1982. V. 1. P. 543.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнены при поддержке ФЦП «Фуллерены и атомные кластеры», Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант №02-02-17571).

ВЛИЯНИЕ СЛАБОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В МОНОКРИСТАЛЛАХ С()0 © Д.В. Лопатин, А.В. Умрихин

Электронно-оптические свойства фуллеренов в одинаковой степени зависят как от внутримолекулярных, так и межмолекулярных электронных процессов. Первые приводят к возникновению экситонов Френкеля, вторые - к экситоном с переносом заряда. В [1] сообщалось о влияние слабого магнитного поля (МП) на межмолекулярные возбуждения. Выявление роли внутримолекулярных электронных процессов в фотогенерации свободных носителей заряда в монокристаллах фуллерита, а также определение возможности влиять на эти процессы слабого МП (В < 1 Тл) составляет основную цель данной работы.

При освещении монокристалла С60 светом с энергией квантов 2,1-2,5 эВ, были получены следующие результаты. В МП с индукцией В = 0,4 Тл наблюдались два максимума увеличения фотопроводимости с энергиями 2,2 и 2,3 эВ на величину 8-14 % (см. рис. 1). Данный график был получен усреднением 5 спектров, что позволило существенно уменьшить погрешность измерений.

Так как измерения производились в полосе 2,1-2,5 эВ, что захватывает область существования экситонов Френкеля, то при обсуждении механизма влияния МП на фотопроводимость будем предполагать, что МП влияет на экситонные состояния. Кроме того, в [2] показано, что оптический переход при 2,2 эВ соответствует запрещенным экситонам Френкеля. Очевидно, кристаллическое поле частично снимает запрет и делает этот переход дипольно-разрешенным. Максимум фотопроводимости с энергии перехода 2,3 эВ, вероятно, соответствует смешанному экситонному состоянию с переносом заряда с запрещенными внутримолекулярными возбужденными состояниями.

Влияние МП на механизм генерации носителей заряда можно представить в виде следующей схемы. Поглощение кванта света приводит к образованию экситона Френкеля. Будем считать, что вслед за образованием локализованного экситона происходит с меньшей вероятностью образование экситона с переносом заряда. Рассеяние на поверхности, колебаниях решетки, примесях и дефектах приводит к диссоциации экситонов с переносом заряда и образованию свободных носителей. Роль МП может сводиться к изменению спинового состояния электрона и дырки в экси-тонах, что приводит к увеличению вероятности диссоциации пар на свободные носители и, как следствие, возрастанию фотопроводимости в МП. Таким образом, МП может управлять внутримолекулярными электронными процессами фотогенерации носителей заряда в монокристаллах С6о-

«

нн

2

О

0

1 ©

Рис. 1. Спектры фотопроводимости монокристаллов Сбо в отсутствие МП и при В = 0,4 Тл

Е,эВ