Transport und Kohärenz von Exzitonen in koplanar gestapelten organischen Molekülkristallen

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Die bisher kaum verstandenen Transport- und Kohärenzeigenschaften von Exzitonen in koplanar gestapelten organischen Molekülkristallen sollen durch experimentelle und theoretische Arbeiten aufgeklärt werden. Als Modellsystem dient die archetypische Materialklasse der PTCDA (Perylentetracarbonsäuredianhydrid)-Derivate. Ausgehend von einem Bandstrukturmodell für freie Exzitonen (nur elektronische und intramolekulare Schwingungsanregungen) soll analysiert werden, welche Rolle die Bildung von ST (`self-trapped´) Exzitonen durch Ankopplung an intermolekulare Schwingungen spielt. Der diffusive Transport der freien Exzitonen (direkt nach der Photoanregung) sowie der relaxierten ST-Exzitonen soll durch zeitaufgelöste Oberflächen-Lumineszenzlöschexperimente phänomenologisch untersucht werden. Dazu wird mittels Aufdampftechnik ein Zweischichtsystem aus der zu untersuchenden Substanz X und einem Lumineszenzlöscher Q hergestellt. Nach Laserpuls-Anregung von Exzitonen in X kann die Diffusion zu der löschenden Grenzfläche X/Q an Hand der transienten Emission aus X und Q analysiert werden. Aus der Temperaturabhängigkeit der Diffusionskonstanten soll abgeleitet werden, ob es sich jeweils um kohärenten (Band-) oder inkohärenten (Hopping-) Transport handelt. Es soll ein mikroskopischer Modell-Hamiltonian gefunden und numerisch diagonalisiert werden, der die Emissions-Spektren und das Transportverhalten erklären kann. Von einem solchen Modell werden Vorhersagen über prinzipielle Begrenzungen der Diffusionskonstanten sowie über die Abhängigkeit des Exzitonentransports von Materialparametern erwartet.