Tutorial de dominio de excitones (Parte B): Edición de geometría y propiedades ópticas

1. Edición de la forma del dominio

En sistemas reales de heterounión volumétrica, los dominios donadores no son ni perfectamente esféricos ni uniformes. Su tamaño, forma y conectividad varían a escala nanométrica, y estas características geométricas influyen directamente en la distancia que los excitones deben difundir antes de alcanzar una interfaz donador–aceptor. Como el modelo de dominio de excitones es completamente tridimensional y basado en malla, le permite explorar cómo los cambios en la morfología del dominio—más allá de simples variaciones de tamaño—afectan al transporte y a la disociación de excitones.

Para modificar la geometría del dominio, haga clic con el botón derecho en el objeto embebido (la esfera en el ejemplo por defecto) en la ventana principal de simulación. El menú contextual se muestra en la Figura ??. Seleccione Mesh editor para abrir el editor de geometría.

Dentro del editor de malla, puede elegir entre una biblioteca de formas predefinidas o importar sus propias geometrías. El solver de excitones es agnóstico a la topología: siempre que la forma pueda mallarse, puede utilizarse como dominio donador. A modo de ilustración, reemplazaremos la esfera por un dominio con forma de tetera, escalado a dimensiones nanométricas. Aunque claramente no es una morfología realista para una BHJ, esta forma compleja y deliberadamente nanométrica proporciona una forma intuitiva de ver cómo la curvatura, la concavidad y el espesor local influyen en las trayectorias de difusión de excitones y en la disociación interfacial.

Seleccione la forma de tetera haciendo clic en el selector de base de datos de formas (el botón de tres puntos), y luego haga doble clic en teapot. Cierre el editor de malla. La ventana principal de simulación se actualiza automáticamente, como se muestra en la Figura ??.

Ejecute la simulación como antes. Una vez completada, navegue a Exciton Output y abra exciton.csv. El campo resultante de densidad de excitones se muestra en la Figura ??. Aunque la forma específica utilizada aquí es artificial, la física subyacente es idéntica al caso esférico: los excitones se generan dentro del donador, difunden a través del dominio tridimensional y se eliminan en interfaces donde la disociación es fuerte. El valor de este enfoque es que la geometría puede reemplazarse por cualquier forma de interés, haciendo que el modelo sea muy adecuado para estudios sistemáticos de tipo what-if sobre cómo la morfología del dominio influye en el transporte de excitones y en la generación efectiva de carga.

2. Propiedades ópticas

Las propiedades ópticas en el modelo de dominio de excitones se asignan por objeto. Para editarlas, haga clic con el botón derecho en la capa circundante o en el dominio donador embebido y seleccione Object editor. Esto abre la ventana del editor de objetos mostrada en la Figura ??. Cada objeto puede asociarse con un material óptico específico, y estos materiales incluyen datos de índice de refracción dependientes de la longitud de onda (\(n,k\)). En una simulación óptica completa, estas propiedades del material se utilizarían para determinar cómo se absorbe la luz espacialmente dentro de la estructura y cómo se generan excitones en función de la posición y la longitud de onda.

En este tutorial, los datos del material óptico (los \(n,k\) asignados a cada objeto) se no utilizan deliberadamente para calcular la absorción. En su lugar, la generación de excitones se prescribe directamente usando una tasa de generación de excitones constante. Esta es una elección de modelado deliberada diseñada para aislar el transporte de excitones, la recombinación y la disociación interfacial de la interferencia óptica y de los efectos dependientes de la longitud de onda. La configuración correspondiente se establece en el editor de simulación óptica, accesible desde la cinta Optical en la ventana principal, y se muestra en la Figura  ??.

En el editor óptico, el modelo de generación está actualmente configurado en Constant value. Las tasas de generación por objeto pueden visualizarse abriendo el menú desplegable asociado a Constant value y seleccionando Edit constant. Esto abre el editor de tasa de generación mostrado en el recuadro de la figura, que enumera la tasa de generación prescrita para cada objeto de la escena. En la configuración actual, al dominio donador (esfera o tetera) se le asigna una tasa de generación uniforme de \(1\times10^{27}\,\mathrm{m^{-3}\,s^{-1}}\), mientras que a la capa circundante se le asigna cero. Esto produce una fuente espacialmente uniforme de excitones confinada a la región donadora. Como la tasa de generación es fija y conocida en todas partes, los patrones resultantes de densidad y disociación de excitones pueden interpretarse directamente en términos de difusión, recombinación y procesos de pérdida interfacial, sin la ambigüedad adicional introducida por perfiles de absorción dependientes de la longitud de onda.

Con la geometría y la generación óptica definidas, el modelo de dominio de excitones queda ahora completo. Puede proceder a explorar cómo los cambios en la forma, tamaño y parámetros de excitón del dominio afectan a la eficiencia de disociación reportada en exciton_sim_info.json.