低維無(wú)序體系電子結(jié)構(gòu)及跳躍電導(dǎo)研究.pdf

1、針對(duì)無(wú)序體系中的幾種具有代表性的低維情況，如一維隨機(jī)無(wú)序體系、一維二元無(wú)序體系、一維納米體系、DNA分子鏈、準(zhǔn)一維多平行鏈無(wú)序體系，從單電子緊束縛模型的哈密頓量出發(fā)，利用無(wú)序體系研究方法，如負(fù)本征值理論，無(wú)限階微擾理論，多對(duì)角高階隨機(jī)厄米矩陣的求解方法等，探討了低維無(wú)序系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)特征，并在此基礎(chǔ)上，通過考慮電子與外場(chǎng)的作用以及格點(diǎn)原子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響，建立了無(wú)序體系電子跳躍輸運(yùn)直流電導(dǎo)、交流電導(dǎo)模型，推導(dǎo)了無(wú)序體系的直流、交流

2、電導(dǎo)公式，通過數(shù)值計(jì)算研究了低維無(wú)序體系的電子跳躍輸運(yùn)電導(dǎo)特性，結(jié)果表明：低維無(wú)序體系的電子波函數(shù)是局域化的，且電子波函數(shù)的局域化程度隨體系無(wú)序程度的增大而增強(qiáng)。在外加直流或交變電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，其直流、交流電導(dǎo)率隨體系無(wú)序度的增大而減小。溫度對(duì)其電子輸運(yùn)的影響大都表現(xiàn)為隨溫度的升高，體系的直流、交流電導(dǎo)率都相應(yīng)增大，而外場(chǎng)對(duì)體系的電子輸運(yùn)的影響表現(xiàn)為當(dāng)外加直流電場(chǎng)時(shí)，體系的直流電導(dǎo)率隨外場(chǎng)強(qiáng)度的增大而先減小后增大，呈現(xiàn)出非歐姆特性，當(dāng)外加

3、交變電場(chǎng)時(shí)，體系的交流電導(dǎo)率隨外場(chǎng)頻率增大而迅速增大，滿足形如σac(ω)～ω2[ln(1/ω)]2的關(guān)系式。 但是對(duì)于各種不同的低維無(wú)序體系，其電子結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)特性又具有各自的特點(diǎn)。表現(xiàn)為：(1)在一維隨機(jī)無(wú)序體系中，對(duì)角無(wú)序情況下的電子波函數(shù)局域化程度要大于非對(duì)角無(wú)序時(shí)體系的局域化程度，從而對(duì)角無(wú)序情況下體系的直、交流電導(dǎo)率小于非對(duì)角無(wú)序時(shí)體系的直、交流電導(dǎo)率。同時(shí)，不同的無(wú)序模式下溫度對(duì)其交流電導(dǎo)率的影響不同，對(duì)角無(wú)序和完全

4、無(wú)序情況下體系的交流電導(dǎo)率都隨溫度的升高而增大，而非對(duì)角無(wú)序體系的交流電導(dǎo)率卻隨溫度的升高而減小。(2)一維二元無(wú)序體系的電子波函數(shù)局域化程度不僅受格點(diǎn)能量無(wú)序的影響，同時(shí)受兩類原子組分的不同而表現(xiàn)出來的成份無(wú)序的影響，表現(xiàn)為隨某類原子含量p的增加體系的電子局域態(tài)的局域長(zhǎng)度先減弱后再增強(qiáng)，并直接影響其電子輸運(yùn)，表現(xiàn)為其直、交流電導(dǎo)率隨p的增加而先減小后增大。當(dāng)引入非對(duì)角關(guān)聯(lián)時(shí)，體系的電子波函數(shù)局域化程度大大減弱，電子局域態(tài)的局域長(zhǎng)度增大

5、，出現(xiàn)退局域化現(xiàn)象，從而大大提高其電子輸運(yùn)能力。(3)一維DNA分子鏈的電子波函數(shù)的局域化程度與一維二元無(wú)序體系一樣，隨某類堿基對(duì)A-T含量p的增加而先減弱再增強(qiáng)，其直、交流電導(dǎo)率隨體系隨A-T堿基對(duì)含量p的增加而先減小后增大。當(dāng)引入非對(duì)角關(guān)聯(lián)時(shí)，體系的電子波函數(shù)局域化程度大大減弱，電子局域態(tài)的局域長(zhǎng)度增大，出現(xiàn)退局域化現(xiàn)象，從而大大提高DNA分子鏈的直流電導(dǎo)率。但非對(duì)角關(guān)聯(lián)對(duì)DNA分子鏈的電子輸運(yùn)能力的增強(qiáng)主要體現(xiàn)在低溫區(qū)，在高溫區(qū)，

6、隨著體系格點(diǎn)對(duì)電子跳躍輸運(yùn)散射作用的增強(qiáng)，非對(duì)角關(guān)聯(lián)提高體系電子輸運(yùn)能力的效果被逐漸消除。(4)一維納米體系的電子波函數(shù)的局域化程度隨晶界無(wú)序度的增大而增強(qiáng)，但隨晶粒的增大而減弱，其直、交流電導(dǎo)率相應(yīng)地隨體系晶界無(wú)序度的增大而減小，而隨晶粒的增大而增大。(5)準(zhǔn)一維多平行鏈無(wú)序體系除了表現(xiàn)出無(wú)序體系的基本特征外，其一個(gè)最大的特征就是維度效應(yīng)的影響。在對(duì)角無(wú)序情況下體系的電子態(tài)密度峰值為鏈數(shù)的兩倍，且隨著鏈數(shù)的增大，中間能區(qū)的電子態(tài)增多；

7、在非對(duì)角無(wú)序情況下，維度效應(yīng)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響變得不再明顯；在完全無(wú)序的情況下，其電子結(jié)構(gòu)與非對(duì)角無(wú)序情況下的電子結(jié)構(gòu)特征更相似，說明非對(duì)角無(wú)序使其維度效應(yīng)變得不明顯。此外，準(zhǔn)一維多平行鏈體系中的電子波函數(shù)總體上仍然是局域化的，但在從單鏈到多鏈的變化中，由于維度效應(yīng)的影響，在能區(qū)中間一個(gè)很小的范圍內(nèi)出現(xiàn)了擴(kuò)展態(tài)，體系發(fā)生了局域態(tài)向擴(kuò)展態(tài)的轉(zhuǎn)變。而維度效應(yīng)對(duì)準(zhǔn)一維無(wú)序體系電子輸運(yùn)的影響表現(xiàn)為：準(zhǔn)一維多平行鏈無(wú)序體系的鏈數(shù)越多，體系的交、直流