带有四重态循环发光特性的自由基中电荷转移的库仑控制

摘要

有机材料中的激子正成为可调谐量子技术的一个有吸引力的平台。含有近简并的双重态和三重态激子的结构（这些激子存在于连接的三苯甲基基团、芳烃和咔唑单元中）能够形成四重态。这些高自旋态可以被相干地操控，并通过激子的双重态跃迁发生辐射衰变。然而，这需要控制所有亚稳态的退激路径。在这里，我们提出了高效生成四重态并将其转化为发光现象的设计规则，这些规则基于分子单元的不同连接方式。我们发现，这些单元之间的电子耦合强度决定了四重态的形成以及延迟发射的效率，尤其是通过库仑调控的芳烃-自由基电荷转移态。当芳烃与自由基之间的距离较小时，这种状态会导致非辐射衰变；而当它们之间的距离较大时，则有利于双重态与四重态之间的可逆转换。利用这些规则，我们制备出一种发光效率达到55%的材料，其中94%的发光激子来自寿命为1.0微秒的四重态。这揭示了分子拓扑结构在发光量子材料中的核心作用。