激子畴仿真

本教程探讨理想化给体–受体系统中的激子输运与解离： 一个给体球体位于受体盒内部。光吸收在给体中产生激子， 激子必须扩散到界面，才能在复合或解离之前到达。通过改变参数 （寿命、扩散长度、衰减速率、畴尺寸），你可以估算解离效率。

1. 控制方程

激子输运由单重态密度 \(N_S\)、三重态密度 \(N_T\)，以及掺杂畴占据 \(N_{SD}, N_{TD}\) 的耦合速率方程描述。 该模型仍在开发中；当前实现求解：

\[\frac{dN_{S}}{dt}=\frac{1}{4}R_{free}+\frac{1}{4}\kappa_{TT} N_{T}^{2} -(\kappa_{S}+\kappa_{ISC})N_{S} -\left(\tfrac{7}{4}\kappa_{SS} N_{S} -\kappa_{ST} N_{T}\right)N_{S}\]

\[\frac{dN_{T}}{dt}=\frac{3}{4}R_{free}+\kappa_{ISC} N_{S} + \tfrac{3}{4}\kappa_{SS} N_{S}^2\]

\[\frac{dN_{SD}}{dt}=\frac{\kappa_{FRET}}{N_{DOP}} (N_{DOP}-N_{SD}-N_{TD})N_{S} +\tfrac{1}{4}\kappa_{TTD}N_{TD}^{2} -\left(\tfrac{7}{4}\kappa_{SSD} N_{SD}+\kappa_{STD}N_{TD}\right) N_{SD}\]

这些方程包含辐射/非辐射衰减、单重态–三重态转换、三重态–三重态湮灭， 以及转移动力学过程。解离效率通过比较界面积分解离量与总产生量来估算。

2. 几何与设置

通过 New simulation → Exciton domain 创建新的仿真。默认几何为：

• 球体（给体）： 激子在其中产生，半径可在形状编辑器中设置。
• 盒体（受体）： 周围基体。
• 光子产生： 在球体内部施加自上而下照明的产生率。

3. 运行仿真

点击 Run。检查切片：

• 光子产生： 跟随给体球体体积分布。
• 激子密度： 在界面处为零，中心处最大，呈现扩散受限分布。

4. 结果分析

为了定量分析结果，打开 exciton_siminfo.dat。它列出了每个形状/层的空间积分产生、 衰减与解离。将界面处解离与 给体内部产生进行比较即可得到解离效率（例如基准情形约为 ~89%）。

5. 参数扫描

• 增大辐射衰减 \(k_{\mathrm{rad}}\)： 在激子到达界面前将其湮灭，从而降低效率。
• 减小给体半径： 激子更容易到达界面，效率上升。
• 增大给体半径： 激子在到达界面前因衰减而损失，效率下降。

使用电学参数编辑器（当 Exciton simulation type 激活时位于底部面板）来调整 \(k_{PL}, \tau, L_D\) 与其他常数。在该模式下，主要 drift–diffusion 参数被禁用。