Zur Kurzanzeige

2020-03-19Dissertation DOI: 10.18452/21275
Theory of Transfer Processes in Molecular Nano-Hybrid Systems
dc.contributor.authorPlehn, Thomas
dc.date.accessioned2020-03-19T10:59:06Z
dc.date.available2020-03-19T10:59:06Z
dc.date.issued2020-03-19none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/22046
dc.description.abstractDas Verstehen der elektronischen Prozesse in Nano-Hybridsystemen, bestehend aus Molekülen und Halbleiterstrukturen, eröffnet neue Möglichkeiten für optoelektronische Bauteile. Dafür benötigt es nanoskopische und gleichzeitig atomare Modelle und somit angepasste Rechenmethoden. Insbesondere "Standard"-Ansätze für die Dynamik offener Quantensysteme werden mit zunehmender Systemgröße jedoch sehr ineffizient. In dieser Arbeit wird eine neue Methode basierend auf einer stochastischen Schrödinger-Gleichung etablieren. Diese umgeht die numerischen Limits der Quanten-Mastergleichung und ermöglicht Simulationen von imposanter Größe. Ihr enormes Potenzial wird hier in Studien zu Anregungsenergietransfer und Ladungsseparation an zwei realistischen Nano-Hybridsystemen demonstriert: para-sexiphenyl Moleküle auf einer flachen ZnO Oberfläche (6P/ZnO), und ein tubuläres C8S3 Farbstoffaggregat gekoppelt an einen CdSe Nanokristall (TFA/NK). Im 6P/ZnO System findet nach optischer Anregung Energietransfer vom 6P Anteil zum ZnO statt. Direkt an der Grenzfläche können Frenkel-Exzitonen zusätzlich Ladungsseparation initiieren, wobei Elektronen ins ZnO transferiert werden und Löcher im 6P Anteil verbleiben. Beide Mechanismen werden mittels laserpulsinduzierter ultraschneller Wellenfunktionsdynamik simuliert. Danach wird die langsamere dissipative Lochkinetik im 6P Anteil studiert. Hierfür wird die eigene Simulationstechnik der stochastischen Schrödinger-Gleichung verwendet. Die Studie an der TFA/NK Grenzfläche basiert auf einer gigantischen equilibrierten Aggregatstruktur aus 4140 Molekülen. Ein generalisiertes Frenkel-Exzitonenmodell wird benutzt. Der Ansatz der stochastischen Schrödinger-Gleichung ermöglicht bemerkenswerte Einblicke in die Aggregat-interne Exzitonenrelaxation. Danach werden inkohärente Raten des Exzitonentransfers zum NK berechnet. Unterschiedliche räumliche Konfigurationen werden untersucht und es wird diskutiert, warum das Förster-Modell hier keine Gültigkeit besitzt.ger
dc.description.abstractUnderstanding the electronic processes in hybrid nano-systems based on molecular and semiconductor elements opens new possibilities for optoelectronic devices. Therefore, it requires for models which are both nanoscopic and atomistic, and so for adapted computational methods. In particular, "standard" methods for open quantum system dynamics however become very inefficient with increasing system size. In this regard, it is a key challenge of this thesis, to establish a new stochastic Schrödinger equation technique. It bypasses the computational limits of the quantum master equation and enables dissipative simulations of imposing dimensionality. Its enormous potential is demonstrated in studies on excitation energy transfer and charge separation processes in two realistic nanoscale hybrid systems: para-sexiphenyl molecules deposited on a flat ZnO surface (6P/ZnO), and a tubular dye aggregate of C8S3 cyanines coupled to a CdSe nanocrystal (TDA/NC). After optical excitation, the 6P/ZnO system exhibits exciton transfer from the 6P part to the ZnO. Close to the interface, Frenkel excitons may further initiate charge separation where electrons enter the ZnO and holes remain in the 6P part. Both mechanisms are simulated in terms of laser-pulse induced ultrafast wave packet dynamics. Afterwards, slower dissipative hole motion in the 6P part is studied. For this purpose, the own stochastic Schrödinger equation simulation technique is applied. The study on the TDA/NC interface is based on a gigantic equilibrated nuclear structure of the aggregate including 4140 dyes. A generalized Frenkel exciton model is employed. Thanks to the stochastic Schrödinger equation approach, energy relaxation in the exciton band of the TDA is simulated in outstanding quality and extend. Then, incoherent rates for exciton transfer to the NC are computed. Different spatial configurations are studied and it is discussed why the Förster model possesses no validity here.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.rights(CC BY-NC-ND 4.0) Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectStochastische Schrödinger-Gleichungger
dc.subjectDynamik Offener Quantensystemeger
dc.subjectPhotoinduzierte Ladungsseparationskinetikger
dc.subjectAnregungsenergietransferger
dc.subjectLadungstransferger
dc.subjectGeneralisiertes Frenkel-Exzitonenmodellger
dc.subjectDissipative Dynamikger
dc.subjectHybrid Organisch/Anorganische Grenzflächensystemeger
dc.subjectStochastic Schrödinger Equationeng
dc.subjectOpen Quantum System Dynamicseng
dc.subjectPhotoinduced Charge Separation Kineticseng
dc.subjectExcitation Energy Transfereng
dc.subjectCharge Transfereng
dc.subjectGeneralized Frenkel-Exciton Modeleng
dc.subjectDissipative Dynamicseng
dc.subjectHybrid Organic/Inorganic Interface Systemseng
dc.subject.ddc530 Physiknone
dc.titleTheory of Transfer Processes in Molecular Nano-Hybrid Systemsnone
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22046-9
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/21275
dc.date.accepted2020-02-28
dc.contributor.refereeMay, Volkhard
dc.contributor.refereeKnorr, Andreas
dc.contributor.refereeTroisi, Alessandro
dc.subject.rvkSK 540
local.edoc.pages281none
local.edoc.type-nameDissertation
dc.title.subtitleA Stochastic Schrödinger Equation Approach for Large-Scale Open Quantum System Dynamicsnone
bua.departmentMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultätnone

Zur Kurzanzeige