Введение к работе
Актуальность работы. Изучение динамики электронных возбуждений в неупорядоченных средах является одной из важных проблем физики конденсированного состояния. Это обусловлено интересом к особенностям протекания в них многих фотофизических явлений и возможностью их практического использования при создании функциональных элементов.
Трішлет-тришіетная аннигиляция (ТТА) является одним из видов обменно-резонансного взаимодействия, которое часто играет доминирующую роль в гибели триплетных состояний. К настоящему времени ТТА хорошо изучена в газах, жидкостях и кристаллических системах. Многочисленными теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что в газовой фазе и жидкостях эффективность ТТА определяется диффузионным движением частиц, а в кристаллах -миграцией зксктона. В последние годы внимание многих исследователей было сконцентрировано на вопросах транспорта энергии возбуждения в неупорядоченных средах. Экспериментально были установлены особенности протекания многих фотореакций в пористых средах, полимерных материалах, стеклующихся системах. Для объяснения полученных данных наряду с формально- кинетическим подходом, давшим хорошее согласие теории и эксперимента в однородных средах, были предложены модели статической аннигиляции, дальнодействующего индуктивно-резонансного взаимодействия. Также был развит перколяционный механизм, базіфутощийся на идеях теории фракталов.
Несмотря на понимание многих деталей экситон-экситонной аннигиляции в различных средах, в настоящее время мало экспериментальных данных об особенностях транспорта электронных возбуждений в твердотельных системах с ограниченной геометрией. Поэтому представляется актуальным исследование процессов релаксации триплетных возбуждений в тонких пленках Лэнгмюра-Блоджетт (ЛБ- пленках), что является основной темой настоящей диссертационной работы. Выбор объектов исследования связан с уникальными возможностями лэнгмю-ровской технологии, позволяющей получать молекулярные системы с прогнозируемой структурой. Изучение закономерностей реакции ТТА обусловлено как интересом к особенностям механизма этого явления в TOHKiLX пленках, так и использованием процесса аннигиляции экситонов в качестве диагностического «инструмента» для выявления разнообразия микро- и наноструктуры пленок из-за малого пространственного
масштаба обменно- резонансного взаимодействия, лежащего в основе ТТЛ.
Целью работы является исследование особенностей аннигиляции триплетных возбуждений в пленках Лэнгаюра- Блоджетт. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
- разработка и создание высокочувствительной спектрально- кине
тической установки с компьютерный управлением и программного
' обеспечения к ней для исследования спектральных и кинетических характеристик люминесценции;
исследование особенностей дезактивации триплетных состояний ароматических молекул в пленках Лэнгмюра- Блоджетт в широком температурном интервале;
исследование влияния магнитного поля на спин- селективный процесс ТТА в тонких пленках.
Научная новизна. В диссертации представлены следующие результаты, полученные впервые:
показано, что основным механизмом дезактивации нижнего триплетного состояния ароматических молекул в лэнгмюровских пленках является экситон- экситонная аннигиляция;
установлено, что распад экситонной пары приводит к рождению синглет- возбужденного моноцентра или эксимера, которые люминес-цируюг с неэкспоненциальной кинетикой;
обнаружено, что термическая активация эффективности ТТА является следствием неоднородного уширения электронных уровней;
обнаружено, что внешнее магнитное поле оказывает влияние на скорость аннигиляции триплетных экситонов в тонких пленках.
Практическая значимость работы.
-
Разработан и создан спектрометр для измерения спектральных и кинетических параметров длительной люминесценции в режиме счета фотонов. Написан пакет прикладных программ.
-
Установленные закономерности температурной и магшггополевой зависимостей длительной люминесценции тонких пленок ароматических молекул могут быть использованы при создании функциональных элементов на основе искусственно организованных молекулярных систем.
-
Полученные кинетические данные свидетельствуют о применимости экситон- экситонной аннигиляции в качестве диагностического метода изучения микро- и наноструктуры органических твердых тел.
Личный вклад автора. Автором создана спектрально- кинетиче-"ская установка счета фотонов, написан пакет прикладных программ и
отработана методика оптических и магнитных измерений. Вьшолнены все спектрально- люминесцентные и кинетические измерения в широком температурном диапазоне и при различных значениях индукции магнитного поля. Проведена компьютерная обработка результатов экспериментальных измерений и компьютерное моделирование фотопроцессов. Анализ полученных результатов и выводы работы в целом выполнены совместно с научным руководителем. Основные защищаемые положения.
-
Неэкспоненциальная кинетика затухания замедленной флуоресцентні ароматических молекул в пленках Лэнгмюра-Блоджетт является следствием аннигиляции триплетных экситонов в кристаллических областях и перколяционных кластерам.
-
Эффективность аннигиляции триплетных экситонов определяется температурой пленки вследствие неоднородного уширения триплетных уровнен из-за локальной неоднородности структуры ЛБ- пленок.
3.Временная зависимость влияния магнитного поля на аннигиляци-онную замедленную флуоресценцию связана с различной глубиной магнитной модуляции константы скорости ТТА в микрокристаллах и перколяционных кластерах.
Снизь темы с планами научных работ. Диссертация выполнялась в соответствии с планами научно- исследовательских работ по Программам фундаментальных исследований «Физические процессы в неравновесных твердотельных системах и научные основы модификации их свойств» (шифр 019РК00496) и «Изучить физические процессы в неравновесных твердотельных системах и разработать научные основы модификации их свойств» (шифр 0100РК00412), координируемых Министерством образования и науки Республики Казахстан.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции "Физика и химия органігческих люминофоров" (Харьков, 1995), на Международной конференцій! по люминесценции и оптической спектроскопии в конденсированных средах (Прага, 1996), на Международной научно-технической конференции по физике твердых диэлектриков "Диэлек-трнки-97" (Санкт- Петербург, 1997), на Международной конференции "Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент" (Караганда, 1997), на IV Казахстанской конференции по физике твердого тела (Караганда, 1998), на Республиканской научно-теоретической конференции, посвященной 100- летаю со дня рожд. академика К.И. Сат-
пасва (Алматы. 1999), на V Казахстанской конференции по физике твердого тела (Караганда, 1999). на Международной конференции по люминесценции л оіітлчсскоіі спектроскопии конденсированных сред (Япония, Осака, 1999). па III Международной конференции по электронным процессам в органических материалах (Харьков, 2000), на VI Казахстанской конференции по фчзикс твердого тела (Актобе, 2000).
Структура и объем диссертации. Структура диссертационной работы определена поставленными задана ми и состоит из введення, четырех разделов, заключения и библиографии. Она изложена на 144 страницах печатного текста и содержат 2 приложения.
