長程電子關(guān)聯(lián)對有機(jī)聚合物光吸收的影響的研究.pdf

1、自從二十世紀(jì)六、七十年代偶然發(fā)現(xiàn)摻雜的低維有機(jī)聚合物（如：聚乙炔）可以導(dǎo)電以來，人們便將極大的熱情投入到有機(jī)導(dǎo)電聚合物光、電特性的研究上來。有機(jī)導(dǎo)電聚合物既能夠體現(xiàn)半導(dǎo)體與金屬性質(zhì)，又能表現(xiàn)出自身的非金屬性質(zhì)，如耐腐蝕、易加工、取材廣等特點(diǎn)。因此有機(jī)導(dǎo)電聚合物可視為能夠廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)、生活中的一種新型材料，潛在的巨大應(yīng)用前景推動了對有機(jī)導(dǎo)電聚合物的研究，并且使其迅速發(fā)展出名為有機(jī)分子電子學(xué)的新學(xué)科。經(jīng)過數(shù)十年的研究，如今人們對于準(zhǔn)一維有

2、機(jī)聚合物的導(dǎo)電機(jī)制，尤其是在有機(jī)聚合物體體現(xiàn)出的特殊的光、電、磁等特性方面，認(rèn)識的比較透徹，而且建模后的量化計算與實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)也得到了比較吻合的結(jié)果。近年來，人們?nèi)〉昧肆钊瞬毮康某删?，已?jīng)成功研制出多種以各種有機(jī)高聚物為材料的有機(jī)光電子器件。
　　二十世紀(jì)八十年代，日本化學(xué)家白川英樹等人在未摻雜的情況下，成功合成出聚乙炔薄膜。1977年，H.Shirakawa與美國科學(xué)家A.G.MacDiarmid，和A.J.Heeger通過向

3、聚乙炔中摻入雜質(zhì)的方法，極大的提高了聚乙炔的電導(dǎo)率，顛覆了人們對塑料不可導(dǎo)電的認(rèn)識。有機(jī)高聚物從此進(jìn)入了挑戰(zhàn)傳統(tǒng)半導(dǎo)體在電子學(xué)領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的時代。為了表彰此三人在有機(jī)高聚物的研究方面做出的巨大努力與突出成就，2000年，H.Shirakawa、A.G.MacDiarmid和A.J.Heeger共同舉起了那年諾貝爾化學(xué)獎獎杯。
　　準(zhǔn)一維有機(jī)高分子聚合物理論模型的最終確立是眾多科研工作者不斷深化與完善的成果。蘇武沛（W.P.Su）

4、、J.R.Schrieffer和A.J.Heeger建立的SSH模型在研究簡并基態(tài)高分子聚合物時效果顯著。此后，為了研究基態(tài)非簡并高分子材料，Brazovskii和Campbell首次提出對稱破缺參數(shù)的概念，解決了順式聚乙炔A，B兩相能量不相等的問題。另外，在SSH模型基礎(chǔ)上考慮到電子-電子相互作用對電子能譜帶來的影響，就形成了擴(kuò)展的SSH模型，有機(jī)導(dǎo)電高分子材料的理論公式得到進(jìn)一步完善。電子-電子相互作用對聚乙炔、聚對苯乙炔（PPV）

5、的光吸收結(jié)果影響顯著。近年來，人們發(fā)現(xiàn)長程電子關(guān)聯(lián)對研究電子體系的局域能級、帶寬等影響很大，不可忽略。我們通過對擴(kuò)展的SSH模型的計算，可以得到單電子能譜，再將電子本征方程與自然（或周期）邊界條件一起，通過自洽迭代的方法進(jìn)一步得出有機(jī)聚合物中電子態(tài)和載流子性質(zhì)。
　　本文研究的主要內(nèi)容與結(jié)論如下：
　?。?）第三章在SSH模型的基礎(chǔ)上，考慮了描述電子-電子相互作用的擴(kuò)展的Hubbard模型和長程電子關(guān)聯(lián)哈密頓量。采用自然邊界

6、條件，先自洽的求出電子波函數(shù)。然后，利用“費(fèi)米黃金定則”公式對順式聚乙炔中的極化子光吸收譜進(jìn)行了計算。主要分析了長程電子關(guān)聯(lián)和電場對極化子光吸收譜的影響。發(fā)現(xiàn)只考慮電子-電子相互作用時，極化子的光吸收峰會發(fā)生藍(lán)移，躍遷能變大，吸收的光子波長變短。而考慮長程電子關(guān)聯(lián)時，發(fā)現(xiàn)極化子光吸收峰會在只考慮電子-電子相互作用的基礎(chǔ)上發(fā)生紅移，吸收的光子波長變長，使光吸收現(xiàn)象更容易發(fā)生。然后，在外電場作用下，發(fā)現(xiàn)極化子吸收峰的紅移現(xiàn)象，但吸收峰不會無

7、限紅移。隨著電場的不斷增大，吸收峰峰值最終穩(wěn)定在約1.779eV，保持了能帶的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
　?。?）第四章主要對順式聚乙炔中激子和雙激子的光吸收譜進(jìn)行了計算。簡單分析了各吸收峰與躍遷能的對應(yīng)問題。然后在電場作用下，激子和雙激子分別解離為極化子和雙極化子，解離后的吸收峰均發(fā)生藍(lán)移。然后，在考慮電子-電子相互作用后，發(fā)現(xiàn)電子-電子相互作用使激子吸收峰發(fā)生藍(lán)移，躍遷能變大；雙激子吸收峰紅移，躍遷能變小。進(jìn)一步考慮長程電子關(guān)聯(lián)后，與只考慮