journal article·2020

Spectral shift, electronic coupling and exciton delocalization in nanocrystal dimers: insights from all-atom electronic structure computations

Maurizio Coden, Pietro De Checchi, Barbara Fresch

Nanoscale· Volume 12· Issue 35
Publisher page

Abstract

Delocalization of excitons promoted by electronic coupling between clusters or quantum dots (QD) changes the dynamical processes in nanostructured aggregates enhancing energy transport. A spectroscopic shift of the absorption spectrum upon QD aggregation is commonly observed and ascribed to quantum mechanical coupling between neighbouring dots but also to exciton delocalization over the sulphur-based ligand shell or to other mechanisms as a change in the dielectric constant of the surrounding medium. We address the question of electronic coupling and exciton delocalization in nanocrystal aggregates by performing all-atom electronic structure calculations in models of colloidal QD dimers. The relation between spectral shift, interdot coupling and exciton delocalization is investigated in atomistic detail in models of dimers formed by CdSe clusters kept together by bridging organic ligands. Our results support the possibility of obtaining exciton delocalization over the dimer and point out the crucial role of the bridging ligand in enhancing interdot electronic coupling.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Quantum Dots Synthesis And Properties · Chalcogenide Semiconductor Thin Films · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemical Sciences

Università degli Studi di Padova

35131 Padova

Italy

Funding

H2020 Future and Emerging Technologies

References (92)

Show source-provided references
1. La Rosa · ChemistryOpen · 2020 · 9 · 20010.1002/open.201900336 ↗
2. Lovett · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2003 · 68 · 20531910.1103/PhysRevB.68.205319 ↗
3. Bester · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 93 · 04740110.1103/PhysRevLett.93.047401 ↗
4. Yan · J. Chem. Phys. · 2015 · 143 · 06410610.1063/1.4928066 ↗
5. Fresch · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2013 · 110 · 1718310.1073/pnas.1314978110 ↗
6. Fresch · J. Phys. Chem. Lett. · 2015 · 6 · 171410.1021/acs.jpclett.5b00514 ↗
7. Zaluzhnvy · Nano Lett. · 2017 · 17 · 351110.1021/acs.nanolett.7b00584 ↗
8. Levchenko · J. Am. Chem. Soc. · 2017 · 139 · 112910.1021/jacs.6b10490 ↗
9. Chistyakov · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 412910.1021/acs.jpclett.7b00671 ↗
10. Rodary · Nano Lett. · 2019 · 19 · 369910.1021/acs.nanolett.9b00772 ↗
11. Cohen · J. Phys. Chem. C · 2018 · 122 · 575310.1021/acs.jpcc.7b11799 ↗
12. Azzaro · Nano Lett. · 2018 · 18 · 325910.1021/acs.nanolett.8b01079 ↗
13. Döllefeld · J. Phys. Chem. B · 2002 · 106 · 560410.1021/jp013234t ↗
14. Döllefeld · Nano Lett. · 2001 · 1 · 26710.1021/nl015524r ↗
15. Leatherdale · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2001 · 63 · 16531510.1103/PhysRevB.63.165315 ↗
16. Kim · Nano Lett. · 2015 · 15 · 434310.1021/acs.nanolett.5b00335 ↗
17. Artemyev · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1999 · 60 · 150410.1103/PhysRevB.60.1504 ↗
18. Sarkar · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 721410.1021/jp044465d ↗
19. Foos · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 62510.1021/jz3021364 ↗
20. Vossmeyer · J. Phys. Chem. · 1994 · 98 · 766510.1021/j100082a044 ↗
21. Azzaro · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 2822410.1021/acs.jpcc.6b08178 ↗
22. Grenland · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 705610.1021/acs.jpcc.7b01651 ↗
23. Harris · ACS Nano · 2016 · 10 · 139510.1021/acsnano.5b06837 ↗
24. Cohen · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 101410.1021/acs.jpclett.6b02980 ↗
25. Lee · J. Vac. Sci. Technol., A · 2018 · 36 · 06850110.1116/1.5046694 ↗
26. Kassal · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 36210.1021/jz301872b ↗
27. Jang · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 21830110.1103/PhysRevLett.92.218301 ↗
28. Cui · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 540110.1038/s41467-019-13349-1 ↗
29. Koole · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1043610.1021/ja061608w ↗
30. Dibenedetto · Nano Res. · 2020 · 13 · 107110.1007/s12274-020-2747-3 ↗
31. Kilina · Acc. Chem. Res. · 2016 · 49 · 212710.1021/acs.accounts.6b00196 ↗
32. Kilina · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 592910.1021/acs.chemrev.5b00012 ↗
33. Nguyen · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 1619710.1021/jp103763d ↗
34. Tan · J. Phys. Chem. C · 2019 · 123 · 2937010.1021/acs.jpcc.9b05763 ↗
35. Swenson · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 685910.1021/acs.jpcc.5b12770 ↗
36. Cui · ACS Appl. Nano Mater. · 2018 · 1 · 317410.1021/acsanm.8b00350 ↗
37. Nguyen · J. Phys. Chem. A · 2018 · 122 · 670410.1021/acs.jpca.8b02813 ↗
38. Tamukong · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2016 · 18 · 2049910.1039/C6CP01665K ↗
39. Prezhdo · Acc. Chem. Res. · 2009 · 42 · 200510.1021/ar900157s ↗
40. Bloom · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 2240110.1021/jp403164w ↗
41. Li · J. Mater. Chem. C · 2018 · 6 · 875110.1039/C8TC03342K ↗
42. Amin · J. Phys. Chem. C · 2015 · 119 · 1942310.1021/acs.jpcc.5b04306 ↗
43. Aruda · Langmuir · 2016 · 32 · 335410.1021/acs.langmuir.6b00689 ↗
44. Lian · ACS Nano · 2016 · 10 · 637210.1021/acsnano.6b02814 ↗
45. Frederick · Nano Lett. · 2013 · 13 · 28710.1021/nl304098e ↗
46. Frederick · ACS Nano · 2010 · 4 · 319510.1021/nn1007435 ↗
47. Azpiroz · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2015 · 7 · 1973610.1021/acsami.5b05418 ↗
48. Virgili · Nano Res. · 2018 · 11 · 14210.1007/s12274-017-1613-4 ↗
49. Li · J. Mater. Chem. C · 2018 · 6 · 875110.1039/C8TC03342K ↗
50. Munro · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 2945510.1021/acs.jpcc.6b08247 ↗
51. Teunis · Nanoscale · 2017 · 9 · 1412710.1039/C7NR04874B ↗
52. Kaniyankandy · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 322810.1021/acs.jpclett.7b01259 ↗
53. Kruchinin · J. Chem. Phys. · 2010 · 133 · 10470410.1063/1.3477766 ↗
54. Troiani · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2002 · 65 · 110.1103/PhysRevB.65.161301 ↗
55. Gattuso · Appl. Sci. · 2020 · 10 · 132810.3390/app10041328 ↗
56. Mewes · J. Chem. Phys. · 2015 · 143 · 17110110.1063/1.4935178 ↗
57. Fresch · Nanoscale · 2012 · 4 · 413810.1039/c2nr30581j ↗
58. Fresch · Eur. Phys. J. D · 2012 · 66 · 32610.1140/epjd/e2012-30575-4 ↗
59. Wang · Inorg. Chem. · 2013 · 52 · 293310.1021/ic302327p ↗
60. Wang · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 615410.1002/anie.201202380 ↗
61. Kasuya · Nat. Mater. · 2004 · 3 · 9910.1038/nmat1056 ↗
62. Hsieh · Chem. Mater. · 2018 · 30 · 546810.1021/acs.chemmater.8b02468 ↗
63. Xie · J. Phys. Chem. C · 2019 · 123 · 3071410.1021/acs.jpcc.9b09152 ↗
64. Frederick · Nano Lett. · 2011 · 11 · 545510.1021/nl203222m ↗
65. Frederick · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 63410.1021/jz301905n ↗
66. Zheng · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1499010.1021/ja055376x ↗
67. Stephens · J. Phys. Chem. · 1994 · 98 · 1162310.1021/j100096a001 ↗
68. Hay · J. Chem. Phys. · 1985 · 82 · 27010.1063/1.448799 ↗
69. Fischer · Nanoscale · 2012 · 4 · 90410.1039/C2NR11398H ↗
70. Grimme · J. Chem. Phys. · 2010 · 132 · 15410410.1063/1.3382344 ↗
71. Albert · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1579310.1021/jp202510z ↗
72. Behrens · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 36 · 279710.1002/anie.199727971 ↗
73. Soloviev · J. Am. Chem. Soc. · 2000 · 122 · 267310.1021/ja9940367 ↗
74. Plasser · J. Chem. Theory Comput. · 2012 · 8 · 277710.1021/ct300307c ↗
75. Plasser · J. Chem. Phys. · 2014 · 141 · 02410710.1063/1.4885820 ↗
76. Mayer · Chem. Phys. Lett. · 2007 · 443 · 42010.1016/j.cplett.2007.06.074 ↗
77. Martin · J. Chem. Phys. · 2003 · 118 · 477510.1063/1.1558471 ↗
78. Mayer · Chem. Phys. Lett. · 2007 · 437 · 28410.1016/j.cplett.2007.02.038 ↗
79. Nayyar · J. Phys. Chem. Lett. · 2011 · 2 · 56610.1021/jz101740w ↗
80. Cui · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2015 · 17 · 922210.1039/C4CP06103A ↗
81. Gao · RSC Adv. · 2014 · 4 · 2714610.1039/C4RA03202K ↗
82. Del Ben · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1678210.1021/jp203686a ↗
83. Nguyen · J. Chem. Theory Comput. · 2013 · 9 · 358110.1021/ct4001944 ↗
84. Hestand · Acc. Chem. Res. · 2017 · 50 · 34110.1021/acs.accounts.6b00576 ↗
85. Kasha · Pure Appl. Chem. · 1965 · 11 · 37110.1351/pac196511030371 ↗
86. Hsu · J. Chem. Phys. · 2001 · 114 · 306510.1063/1.1338531 ↗
87. Curutchet · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1673310.1021/ja055489g ↗
88. Russo · J. Phys. Chem. B · 2007 · 111 · 85310.1021/jp064603u ↗
89. Kocherzhenko · J. Chem. Theory Comput. · 2017 · 13 · 378710.1021/acs.jctc.7b00477 ↗
90. Giansante · Nanoscale · 2019 · 11 · 947810.1039/C9NR01785B ↗
91. Karki · Chem. Sci. · 2019 · 10 · 792310.1039/C9SC01888C ↗
92. Collini · J. Phys. Chem. C · 2020 · 124 · 1622210.1021/acs.jpcc.0c05572 ↗