Siwei Wang, Liang-Yan Hsu, and Hsing-Ta Chen
J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 41, 10575–10583

中央研究院 原子與分子研究所 許良彥研究員

由光激發產生的激子（電子電洞對）在分子間遷移和擴散的過程，既是分子聚集體中能量轉移的關鍵，也對有機太陽能電池等光電元件的效率至關重要。本研究探討在介電環境下，特殊角排列 (magic-angle orientation) 分子聚集體中的激子傳輸，並著重於闡明金屬界面效應對激子動力學的增強機制。在傳統激子傳輸理論中，特殊角排列會抑制偶極交互作用 (dipole-dipole interactions) ，使得激子傳輸被減慢。

本研究採用宏觀量子電動力學 (macroscopic quantum electrodynamics) 框架，模擬特殊角排列的亞甲基藍分子聚集體在銀金屬表面附近的激子傳輸過程，發現激子傳輸被顯著加速。定量上，激子均方速度 ( ⟨v²⟩ ) 獲得了相對真空環境高達三個數量級的增強，且在分子-銀表面間距 (h)、分子間距離 (d) 和分子躍遷頻率 (ω_M) 的廣泛變化範圍內，這種增強保持得都相當明顯。利用鏡像偶極近似，我們推導出均方速度的增強因子相對於這些參數的冪次方成關係 (power-law scaling)：∼ h^–2.5、∼ d^–2 和。透過分析這項近似關係，我們發現激子擴散加速源自於金屬表面引起的輻射散射 (radiative scattering) ，因此突破傳統激子傳輸理論的限制，展現出藉由介電環境操控激子傳輸的潛力。此研究成果由中研院原分所許良彥研究員與美國聖母大學(University of Notre Dame)陳信達教授團隊跨國合作完成。陳信達教授畢業於國立臺灣大學，目前任教於聖母大學，其團隊致力於強光物質交互作用中化學與材料性質的理論計算。