Tight binding model of conformational disorder effects on the optical absorption spectrum of polythiophenes

文献情報

出版日 2016-04-12
DOI 10.1039/C6CP00832A
インパクトファクター 3.676
著者

Joel H. Bombile, Michael J. Janik, Scott T. Milner


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要旨

Semiconducting polymers are soft materials with many conformational degrees of freedom. The limited understanding of how conformational disorder affects their optoelectronic properties is a key source of difficulties that limits their widespread usage in electronic devices. We develop a coarse-grained approach based on the tight binding approximation to model the electronic degrees of freedom of polythiophene chains, taking into account conformational degrees of freedom. Particularly important is dihedral disorder, which disrupts extended electronic states. Our tight binding model is parameterized using density functional theory (DFT) calculations of the one-dimensional band structures for chains with imposed periodic variations in dihedral angles. The model predicts valence and conduction bands for these chain conformations that compare well to DFT results. As an initial application of our model, we compute the optical absorption spectrum of poly(3-hexylthiophene) chains in solution. We observe a broadening of the absorption edge resulting from dihedral disorder, just shy of the experimental broadening. We conclude that the effects of molecular disorder on the optoelectronic properties of conjugated polymer single chains can be mostly accounted for by torsional disorder alone.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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