有機(jī)聚合物中單激子和雙激子極化的研究.pdf

1、在傳統(tǒng)觀念上,有機(jī)材料是以碳原子為基礎(chǔ)的絕緣體,通常不具備光、電、磁等導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的性質(zhì)。20世紀(jì)70年代末,Alan J. Heeger等發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電高分子,孕育并開辟了有機(jī)電子學(xué)這一新興學(xué)科領(lǐng)域,并因此獲得了2000年諾貝爾化學(xué)獎。至此,有機(jī)材料的光、電、磁性質(zhì)逐漸開始被人們認(rèn)識,同時他們在各種電子器件中的應(yīng)用也得到了研究者們的青睞。近十幾年來,基于傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體的電子材料和器件不斷的發(fā)展成熟和廣泛的應(yīng)用之后,人們對有機(jī)材料的認(rèn)識更

2、近了一步,有機(jī)共軛聚合物作為一種新型的功能材料,除了具有成本低、易加工、柔性好等優(yōu)點(diǎn)之外,還具有豐富的電學(xué)、光學(xué)及磁學(xué)性質(zhì),被廣泛應(yīng)用于有機(jī)電子學(xué)、有機(jī)分子電子學(xué)和有機(jī)自旋電子學(xué)等領(lǐng)域.自90年代初發(fā)現(xiàn)共軛聚合物材料可以實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光以來,人們對共軛聚合物的電致發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了大量的研究。基于有機(jī)共軛聚合物的有機(jī)光電子器件如有機(jī)發(fā)光二級管(OLED)、有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)和有機(jī)光伏電池(OPVC)等具有極大的商業(yè)前景越來越受到人們的

3、重視。
　　聚合物理論模型的建立經(jīng)歷了一個不斷修改和完善的過程。1979年蘇武沛(W. P. Su)等人建立的SSH模型對有機(jī)聚合物進(jìn)行研究推動了有機(jī)聚合物理論的發(fā)展。SSH模型只考慮了電子-晶格相互作用并沒有考慮電子-電子相互作用?？紤]電子電子相互作用后,體系就變成了多體問題,處理起來很麻煩。鑒于有機(jī)聚合物材料的能隙比同一格點(diǎn)上的電子排斥勢能大的多,這個體系不是強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系,因此,可以結(jié)合SSH模型和Hubbard模型,采用Har

4、tree-Fock近似處理電子電子之間的相互作用。近年來人們發(fā)現(xiàn)電子關(guān)聯(lián)對聚合物中的電子態(tài)和載流子性質(zhì)有很大的影響,進(jìn)而影響聚合物材料的功能特性。Zhao首次推導(dǎo)出了長程關(guān)聯(lián)哈密頓量和長程關(guān)聯(lián)能的解析公式,這對于電子關(guān)聯(lián)的研究有重要意義。
　　孫鑫院士在2000年發(fā)現(xiàn)了價帶頂?shù)囊粋€電子受到光激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶低上,形成的電子—空穴就會引起體系晶格結(jié)構(gòu)畸變而形成自陷束縛激子,它的極化率是正的,當(dāng)激子再吸收一個光子形成雙激子態(tài)時,系統(tǒng)的極

5、化率發(fā)生反轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象稱之為極化反轉(zhuǎn)(PIPI)。這是一種非常有趣的物理現(xiàn)象,不僅在基礎(chǔ)研究上有很大的研究價值,而且在技術(shù)上也有潛在的應(yīng)用價值,可以開發(fā)具有負(fù)極化率的新型功能材料和超快的量子開關(guān)器件。目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高分子聚合物中,具有極化反轉(zhuǎn)行為的分別是雙激子、單極化子的激發(fā)態(tài)和高能激子。但是,雙激子態(tài)極不穩(wěn)定,其壽命只有10-10s,這種激發(fā)很難控制和觀察,因此研究那些因素可以影響激子和雙激子的極化率是很有價值的。
　　本文主要

6、研究的問題和結(jié)論如下:
　　(1)第三章研究了長程電子關(guān)聯(lián)對有限長聚合物中激子極化性質(zhì)的影響。研究的對象為順式聚乙炔,有限長鏈下在SSH模型的基礎(chǔ)上考慮電子-電子相互作用采用Hartree-Fock近似并加上長程電子關(guān)聯(lián),主要研究長程電子關(guān)聯(lián)對激子的束縛能、電荷密度、線性極化率和三階非線性極化率的影響。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn):長程電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)使激子的束縛能降低,更容易被解離成其他的準(zhǔn)粒子;發(fā)現(xiàn)電子電子相互作用使激子線性極化率(1)xx?和三

7、階非線性極化率(3)xxxx?的降低,而長程電子關(guān)聯(lián)的作用更進(jìn)一步降低(1)xx?和(3)xxxx?。
　　(2)在第四章研究了長程電子關(guān)聯(lián)對有限長聚合物中雙激子極化性質(zhì)的影響。研究了在外電場下高分子中的雙激子,發(fā)現(xiàn)長程電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)增加了雙激子的束縛能、雙激子晶格的局域性和雙激子的反向極化程度,使得雙激子的穩(wěn)定性增加,難以解離成荷電相反的雙極化子;在外電場不變的情況下,增加V的取值,發(fā)現(xiàn)雙激子的反向極化程度不斷的增加、電荷轉(zhuǎn)移量成