論文の概要: Robust Surface-Induced Enhancement of Exciton Transport in Magic-Angle-Oriented Molecular Aggregates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13755v1
• Date: Fri, 18 Jul 2025 08:59:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-21 20:43:26.234872
• Title: Robust Surface-Induced Enhancement of Exciton Transport in Magic-Angle-Oriented Molecular Aggregates
• Title（参考訳）: マジックアングル配向分子集合体におけるロバスト表面誘起エキシトン輸送の促進
• Authors: Siwei Wang, Liang-Yan Hsu, Hsing-Ta Chen,
• Abstract要約: 最近の報告では、光-物質相互作用はエキシトン輸送を著しく向上させることができる。 銀表面に近いマジックアングル配置のクロマフォアアレイ内のエキシトン輸送をシミュレートする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.22864925146285
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Exciton transport in molecular aggregates with magic-angle orientation is expected to be strongly suppressed due to their negligible dipole-dipole interactions. However, recent reports show that light-matter interactions can significantly enhance exciton transport attributed to the effective long-range coupling mediated by the photonic fields. To elucidate their interplay, we employ the macroscopic quantum electrodynamics framework to simulate exciton transport within a chromophore array arranged in a magic-angle configuration in proximity to a silver surface. Our results show a significant enhancement of the exciton diffusion coefficient that is robust across variations in chromophore-surface separation, intermolecular distance, and molecular transition frequency. Furthermore, based on the image-dipole method, we derive analytical expressions that agree well with numerical simulations, revealing the enhancement's origin in the near-field coupling term as induced by the radiative scattering at the metallic surface. More importantly, we observe non-trivial differences in the diffusion coefficient's scaling near metallic surfaces compared to free space. Our findings highlight the potential to control exciton transport by designing coupled exciton-photon systems and engineering the dielectric environments.
• Abstract（参考訳）: マジック・アングル配向を持つ分子集合体のエクシトン輸送は、無視できる双極子-双極子相互作用のために強く抑制されることが期待されている。 しかし、近年の報告では、光電場によって媒介される効果的な長距離カップリングに起因する励起子輸送を、光物質相互作用によって著しく促進することができることが示されている。 それらの相互作用を解明するために、銀表面に近いマジックアングル配置のクロマフォアアレイ内の励起子輸送をシミュレートするために、マクロ量子電磁力学の枠組みを用いる。 以上の結果より,色相-表面分離,分子間距離,分子遷移周波数のばらつきに対して頑健な励起子拡散係数の顕著な向上が認められた。 さらに, 画像双極子法により, 数値シミュレーションとよく一致する解析式を導出し, 金属表面の放射散乱によって誘導される近接場結合項の増大の起源を明らかにする。 さらに重要なことは、自由空間と比較して金属表面近傍での拡散係数のスケーリングにおける非自明な違いを観察することである。 本研究は, 複合励起子-光子系の設計と誘電体環境の工学による励起子輸送制御の可能性を明らかにするものである。

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