2023-11-09 オーストラリア連邦研究会議(ARC)
◆1975年にAtkinsとEvansによって提唱された磁場と蛍光性溶液の相互作用に関する理論が、最近の太陽エネルギーおよび光電子応用のアップコンバージョンプロセスの開発において重要性を増しています。アップコンバージョンは、2つの低エネルギー光子が1つの高エネルギー光子を生成するプロセスであり、分子が光を吸収して高エネルギー状態に励起されることによって生じます。この分子状態は、磁場によって影響を受けるユニークなスピン特性を持っており、科学者にとってはこのプロセスを理解し最適化するための手段を提供しています。
◆AtkinsとEvansは、1970年代に液体溶液におけるアップコンバージョンの仕組みを説明する画期的な理論を提唱しました。彼らの理論は、生成された光の明るさが磁場の強度に依存することを説明しています。21世紀に入り、レーザーではなく太陽光を使用してアップコンバージョンを実証する能力などの技術の進歩により、この分野に新たな注目が集まっています。この新しい関心は、オリジナルのAtkins & Evans理論のいくつかの矛盾や制限にも光を当てました。
◆RMIT大学のExciton Science研究者たちは、量子力学の現代的なツールと理解を用いて、Atkins & Evansモデルを再検討し改良しました。この現代的なアプローチは、オリジナルの理論の問題点を修正するだけでなく、新しい洞察を提供します。オリジナルの理論は、主にアップコンバージョン中の光の放射に焦点を当てていましたが、更新されたアプローチは、より観察が困難な「光学的に暗い状態」に洞察を提供し、電子スピン共鳴などの高度な技術を用いて研究できるようになりました。
＜関連情報＞
- https://excitonscience.com/news/magnetic-field-theory-upconverted-21st-century
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.3c00927
トリプレット-トリプレット消滅アップコンバージョンにおける磁場効果： アトキンスとエヴァンスの理論の再検討 Magnetic Field Effects in Triplet–Triplet Annihilation Upconversion: Revisiting Atkins and Evans’ Theory
Roslyn Forecast, Francesco Campaioli, and Jared H. Cole
Journal of Chemical Theory and Computation Published:October 29, 2023
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jctc.3c00927
Abstract
In their seminal description of magnetic field effects on chemiluminescent fluid solutions, Atkins and Evans considered the spin-dependent interactions between two triplets, incorporating the effects of the diffusion of the molecules in the liquid phase. Their results, crucial for the advancement of photochemical upconversion, have received renewed attention due to the increasing interest in triplet–triplet annihilation for photovoltaic and optoelectronic applications. Here we revisit their approach, using a modern formulation of open quantum system dynamics and extend their results. We provide corrections to the theory of the magnetic field response of the fluorescent triplet pair state with singlet multiplicity. These corrections are timely, as improvements in the precision and range of available experimental methods are supported by the determination of quantitatively accurate rotational and interaction model parameters. We then extend Atkins and Evans’ theory to obtain the magnetic field response of triplet pair states with triplet and quintet multiplicity. Although these states are not optically active, transitions between them are becoming imperative to study the working mechanism of spin-mediated upconversion and downconversion processes, thanks to advances in electron spin resonance and time-resolved transient absorption spectroscopy.
