Влияние слабого магнитного поля на внутримолекулярные электронные процессы в монокристаллах С60 Текст научной статьи по специальности «Физика»

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 (х - 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-

Я

нн

2

О

0

1 ©

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

Е,эВ

Таким образом, показано, что МП эффективно влияет на внутримолекулярные электронные процессы.

ЛИТЕРАТУРА

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

2. Kazaoui S., Minami N., Tanabe У., Byrne H.J., Eilmes A., Petelenz P. Comprehensive analysis of intermolecular charge-transfer exited states in C60 and C70 // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. № 12. P. 7689-7700.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № 02-02-17571, № 03-02-06181).

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СПЕКТРАЛЬНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ ФОТОПРОВОДИМОСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ с60

© Д.В. Лопатин, А.А. Самодуров

Исследование температурных зависимостей проводимости и фотопроводимости может улучшить состояние теории об электронной структуре, дефектах, процессах и механизмах генерации носителей заряда в твердых телах. Так, фотопроводимость фуллеренов исследовали при температурах 120 К < Т < 290 К в области собственного поглощения (0,8-3,1 эВ) для установления основных параметров зонной структуры [1], а также при 10К<Г<120Кв ИК-диапазоне (0,3— 0,9 эВ) для обнаружения и изучения энергетических уровней, создаваемых собственными дефектами и примесями в монокристалле Сбо [2].

Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния температуры на спектры фотопроводимости фуллерита, находящегося в fee фазе в слабом магнитном поле (В < 1 Тл).

Спектральная зависимость фотопроводимости монокристаллов С60 в МП и в его отсутствие в температурном интервале Т = 250-350 К представлена на рис. 1. Как вид спектра, так и величина фотопроводимости сильно зависят от Т. При любой температуре наблюдается увеличение фотопроводимости в МП монокристаллов С6о до 35 % в диапазоне энергий фотонов 2,4-4,5 эВ.

Разложение спектров на лоренцевы составляющие позволяет выделить три оптические полосы с энергиями 2,64 эВ, 3,07 эВ и 3,87 эВ. Энергия 2,64 эВ соответствует дипольно разрешенному оптическому переходу К, —> tyg., смешанному с экситонными состояниями. Второй оптический переход при 3,07 эВ принято связывать с экситонами с переносом заряда. Третьей оптической полосе с энергией 3,87 эВ соответствует дипольно разрешенный оптический переход hg —> tlu. Анализ температурной зависимости спектров показывает, что энергия активации фотопроводимости Еа различна для этих оптических полос (рис. 2).

1000/Т (1/К)

Рис. 2. Температурная зависимость интенсивности (/) оптических переходов: 1 - при 2,64 эВ, 2 - при 3,07 эВ, 3 - при 3,87 эВ

Рис. 1. Влияние МП и температуры на спектры фотопроводимости

^00 ' 5(іо "Т 4(І0

X, нм 3(10

1 - Спектр в МП (В=0.4 Тл) эВ 2 - Спектр без МП (В-0)

Т=339К

3.87 эВ