实验室马东阁教授团队：单重态裂过程中的自旋演化动力学过程

单线态裂分（SF）是一个光生单线态转化为两个三线态的多激子产生过程，是光伏领域一个利用高能能量的科学思路和技术路线，同时也为量子信息科学提供了一个具有长相干时间的五重态。作为一个涉及能量守恒和自旋守恒的多步过程，典型并五苯衍生物TIPS-Pn中 SF 的热力学性质仍然尚不清楚，难点在于高自旋态的实验可视化。常规的超快光谱并不能分辨自旋态的演化，时间分辨电子自旋共振技术（TrEPR）是一个有力的工具。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的马东阁教授团队利用TrEPR测量无定形固体状态的TIPS-Pn/TNB，阐明了多步SF过程的热力学，并突出了TrEPR技术在可视化自旋相关过程的强大作用。

SF 是一个典型的多步过程。从 S1 到 1TT 的第一步是自旋允许的，并由能量守恒决定，这一步已通过瞬态吸收光谱（TAS）进行了广泛研究。  下一步是从 1TT到 5TT 的自旋相关演化。由于  1TT和 5TT能级近乎简并，依赖于紫外-可见-近红外的光学技术无法区分它们，导致对这一涉及自旋演化的步骤知之甚少。TrEPR 可捕捉带自旋的 5TT特征信号，是有效的表征手段。课题组利用瞬态EPR和瞬态PL光谱技术，探索了模型分子TIPS-Pn中的多步SF过程。通过将TIPS-Pn与TNB主体共熔制备的非晶固体样品提供了增强的信号，以便进行精确研究。PL寿命的温度依赖性表明， S1初始分裂为 1TT是一个放热步骤，而 5TT信号的正温度依赖性证明，从 1TT 到 5TT 的自旋演化是一个吸热步骤，如图1所示。因此，TIPS-Pn中的总SF过程表现出吸热特性，导致三重态信号呈现正温度依赖性。证明除了电子能级外，三重态对态之间的自旋能级和自旋演化在SF过程中也至关重要。

相关研究成果以“Dynamics ofSinglet Fission in the TIPS-Pn Cluster: Endothermic or Exothermic?”为题发表在The Journal of PhysicalChemistry Letters上，其中通讯作者为乔现锋副研究员和马东阁教授，第一作者为黄浩贤硕士研究生。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等科研项目的资助