Efficient photon upconversion enabled by strong coupling between silicon quantum dots and anthracene
Efficient photon upconversion enabled by strong coupling between silicon quantum dots and anthracene
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硅量子点和蒽之间的强耦合实现了高效的光子上转换
DOI：
10.1038/s41557-023-01225-x
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
21.8
通讯作者：
Tang, Ming Lee
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Kefu;Cline, R. Peyton;Schwan, Joseph;Strain, Jacob M.;Roberts, Sean T.;Mangolini, Lorenzo;Eaves, Joel D.;Tang, Ming Lee
有机分子和无机量子点之间形成的杂化结构可以利用它们不同的性质实现独特的光物理转化。这些材料之间的电子耦合通常很弱，导致光激电荷载流子在空间上定位于其表面的一个点或一个分子。然而，我们表明，通过将菲分子与硅量子点共价结合的化学连接物从碳-碳单键转换为双键，我们获得了一个强耦合区域，其中激发载流子在菲和硅上都发生了空间离域。通过推动系统离域，我们设计了一个比相应的弱耦合系统具有更高的效率(17.2%)和更低的阈值强度(0.5W/cm^2)的光子上转换系统。我们的结果表明，通过定向连接化学实现的分子和纳米结构之间的强耦合为光驱动应用中的材料性能定制提供了一条新的途径。
Hybrid structures formed between organic molecules and inorganic quantum dots can accomplish unique photophysical transformations by taking advantage of their disparate properties. The electronic coupling between these materials is typically weak, leading photoexcited charge carriers to spatially localize to a dot or a molecule at its surface. However, we show that by converting a chemical linker that covalently binds anthracene molecules to silicon quantum dots from a carbon-carbon single bond to a double bond, we access a strong-coupling regime where excited carriers spatially delocalize across both anthracene and silicon. By pushing the system to delocalize, we design a photon upconversion system with a higher efficiency (17.2%) and lower threshold intensity (0.5 W/cm^2) than that of a corresponding weakly-coupled system. Our results show that strong coupling between molecules and nanostructures achieved through targeted linking chemistry provides a new route for tailoring properties in materials for light-driven applications.
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