準一維有機半導(dǎo)體中元激發(fā)碰撞動力學(xué).pdf

1、近年來，隨著理論研究方法的不斷改進和實驗手段的不斷提高，對有機半導(dǎo)體材料的研究，已經(jīng)發(fā)展成為系統(tǒng)的多學(xué)科交叉的充滿活力的領(lǐng)域。有機半導(dǎo)體材料通?？梢苑譃閮深悾河袡C小分子（或低聚物）和有機聚合物。人們對有機聚合物的研究最為廣泛和深入。作為一種新型的功能材料，有機聚合物既具有金屬和半導(dǎo)體的電子特性，又具有聚合物的易加工、柔韌性、價格低廉等優(yōu)點，成為近年來的研究熱點。目前，人們已經(jīng)研制出各種各樣的有機光電子器件，如有機發(fā)光二極管、場效應(yīng)管、光

2、伏電池等。這些器件的工作原理一般都是基于電荷注入、電荷傳輸以及電子——空穴復(fù)合這些物理過程。 有機聚合物具有不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體的特性，如有機材料中存在很強的電子——聲子相互作用，電子態(tài)和晶格態(tài)兩者相互影響，因此，聚合物中的載流子不再是傳統(tǒng)的電子或空穴，而是電荷的自陷元激發(fā)，如孤子、極化子、雙極化子等準粒子。通過光激發(fā)或正、負極化子的復(fù)合，聚合物中還會形成激子，激子則通過輻射或非輻射躍遷回到基態(tài)。激子與聚合物的發(fā)光現(xiàn)象有著緊密的聯(lián)系

3、。因此，研究聚合物中載流子和激子之間的相互作用對我們理解聚合物的發(fā)光以及輸運性質(zhì)有著重要意義。 本文采用一維緊束縛近似的SSH模型，利用非絕熱動力學(xué)的方法，主要研究了有機共軛聚合物中極化子與激子，雙極化子與激子在外電場作用下的碰撞過程。本論文的具體研究內(nèi)容和主要計算結(jié)果如下： 1.極化子與激子的碰撞過程分析 碰撞過程使得極化子和激子的晶格位形及電子態(tài)都發(fā)生了較大變化：在小電場下，極化子和激子相遇后會復(fù)合到一起形成

4、荷電激子態(tài)。繼續(xù)增加電場，極化子和激子相遇后彼此穿過對方。碰撞過程引起了較劇烈的幅模振蕩，能隙中出現(xiàn)振蕩的局域能級，表明有新的局域電子態(tài)產(chǎn)生。在強電場下，極化子和激子碰撞后極化子會被解體，激子的位形基本保持不變。極化子與三重態(tài)激子主要存在三個反應(yīng)通道：（1）P↓+T→P↓+S，（2）P+T→G+P*，（3）P+T→T+e。其中，P代表極化子，箭頭表示極化子的自旋方向，T代表三重態(tài)激子，S代表單重態(tài)激子，G是基態(tài)，P*代表極化子激發(fā)態(tài)，e

5、代表自由電荷。各反應(yīng)通道的幾率與電場強度有一定的依賴關(guān)系。由于單重態(tài)激子和激發(fā)態(tài)極化子都可以通過輻射躍遷回到基態(tài)，顯然，極化子和三重態(tài)激子的碰撞將有助于聚合物的發(fā)光。 2.雙極化子與激子的碰撞過程研究 雙極化子遇到激子時，把它攜帶的一部分電荷轉(zhuǎn)移到激子上，從而形成兩個新的準粒子，分別是極化子和激發(fā)態(tài)的極化子。其中激發(fā)態(tài)的極化子可以通過輻射躍遷回到基態(tài)，這個過程中釋放一個光子。所以，雙極化子和三重態(tài)激子的碰撞將有助于提高聚