利用尖端增强光致发光技术可视化构建的环状分子结构中的激子态

《Nature Communications》：Visualizing excitonic states in constructed cyclic molecular architectures by tip-enhanced photoluminescence

　　

摘要

自然光合作用为人工循环光捕获结构的设计提供了灵感，但由于衍射极限和偶极选择规则的限制，利用远场光学技术研究这些结构的激子行为——尤其是光学暗态——仍然面临挑战。在此，我们结合扫描隧道显微镜操控与尖端增强型光致发光技术，以亚纳米级分辨率观测到了所构建的环状锌酞菁结构中的离散激子态。通过控制分子间的距离，我们研究了弱耦合、中等耦合以及强耦合条件下的激子演化过程。我们发现，由于分子具有正交且简并的偶极子，会出现偶极旋转现象，这一现象有助于实现分子间的相干耦合。此外，通过比较空心结构与实心结构，我们发现分子结构决定了最低能级激子态的性质：空心环具有光学暗态的最低能级态，而实心结构则具有亮态的最低能级态，这表明空心环状结构在抑制辐射损失方面可能具有结构上的优势。这些研究结果为设计具有高能量转移效率的有机结构提供了指导。