Exciton Dynamics in Perfluoropentacene Single Crystals

In dieser Arbeit wird anhand des Modelsystems von Perfluoropentacen (PFP) Einkristallen,die Singlet-Exziton-Aufspaltung, zum ersten Mal, entlang aller Kristallachsen mit Hilfe der Anrege-Abfrage-Spektroskopie vermessen. Dies wird ermöglicht durch das besondere Kristallwachstum von PFP, welches auf Naf(100) eine stehende Geometrie einnimmt und auf KCl(100) eine Liegende. Dadurch sind alle Achsen in normaler Transmissions-Geometrie adressierbar. Die Messungen ergeben, dass die intermolekulare Kopplung primär entlang der versetzten pi-Stapelung, bzw. entlang der b-Achse erfolgt. Diese Beobachtung entspricht der Vorhersage der Theorie, welche in diesem Aspekt bestätigt wird. Zusätzlich wird der kohärente Zustand zwischen Singlet-Exziton und Triplet-Exzitonen, das sogenannte Triplet-Paar (1TT), als direkt nach der Anregung induzierte Fano-Resonanz entlang der a-Achse beobachtet. Die asymmetrische Resonanz resultiert aus der Interferenz der Übergangsamplituden der neun einzelnen, nicht-entarteten Sublevels des Triplet-Paars. Während der Aufspaltung, relaxiert das Triplet-Paar in einen Excimer-artigen Zustand, dessen Übergänge sich in Form von einer breitbandig induzierten Absorption entlang der b-Achse manifestieren. Ein Großteil der Triplet-Paare relaxiert strahlend zurück in den Grundzustand, sichtbar als Photolumineszenz 300 meV unterhalb der untersten Exziton-Resonanz. Die Rekombination der Triplet-Exzitonen, welche nach Dephasierung des Triplet-Paares als individuelle Exzitonen agieren, erfolgt auf Nanosekunden-Skala aufgrund des nötigen Spin-Umklapp-Prozesses. Außerdem werden polarisationsabhängige Absorptionsmessungen der PFP Einkristalle in der Arbeit präsentiert. Diese weisen eine schwache Davydov-Aufspaltung von 25 meV auf. Die Davydov-Aufspaltung ist,in erster Näherung, ein Resultat der Dipolkopplung zwischen den nicht-Translationsinvarienten Basis-Molekülen. Da diese im PFP Kristall fast einen rechten Winkel aufspannen, ist die Kopplung klein. Allerdings durch die starke Kopplung entlang der b-Achse, wird eine H- und J-Aggregate-artige Absorption bei höheren Energien beobachtet. Interessanterweise kann durch angeregte Ladungsträger diese Kopplung gehemmt werden, was sich in den Anrege-Abfrage Messungen zeigt. Abschließend wird mit Hilfe von kohärenten Oszillationen die Dephasierungszeit von exzitonischen Resonanzen in Ge/SiGe Quantenfilmen ermittelt. Kohärente Oszillationen treten bei Anrege-Abfrage-Messungen kurz vor dem Zeitüberlapp von Anrege- und Abfrage-Impuls auf. Aus der Transiente dieses kohärenten Effekts, lässt sich die Dephasierung der entsprechenden Resonanz extrahieren. Dementsprechend, kann bei der Ladungsträger-Analyse, im Anrege-Abfrage-Experiment, die Dephasierungszeit der adressierten Übergänge mitgemessen werden. Die Methode wird auf eine Reihe von Ge/SiGe Quantenfilm Proben angewandt, welche nominell die selben Wachstumsparameter besitzen. Es zeigt sich, dass der Dephasierungsprozess durch den intrinsischen Streukanal von Gamma- zu L-Tal dominiert ist und somit lediglich eine maximale Dephasierungszeit von 300 fs erreicht werden kann. Die beste Probe zeigt eine Dephasierungszeit von 250 fs und somit eine homogene Verbreiterung über den gesamten, untersuchten Temperaturbereich.