有機分子器件動力學輸運性質研究

《有機分子器件動力學輸運性質研究》是依託河北師範大學，由劉曉靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有機分子器件動力學輸運性質研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉曉靜
• 依託單位：河北師範大學

項目摘要

隨著掃描隧道顯微鏡、自組裝膜以及分子單層等實驗技術的發展，以有機分子為功能單元的分子電子學發展迅速，分子導線、分子開關、分子整流器、分子場效應管等新型電子學器件已研製成功。實驗的突破要求理論上深入理解器件中電荷的輸運性質及微觀機制，特別是由於有機體系獨特的內稟性質導致的輸運特性。本項目立足於有機材料柔性晶格和強電-聲耦合特點，基於分層遞階運動方程的量子輸運方法，結合Su-Schrieffer-Heeger模型，自洽求解電荷與晶格的含時演化方程，研究有機分子器件中電荷注入、輸運的動力學過程，探討系統建立穩定狀態的時間尺度以及對外加激勵的回響，重點關注電-聲耦合作用及激發態的產生、湮滅對動力學過程的影響。一方面從理論上探索電-聲耦合對輸運性質的影響規律，建立有機電子學器件中的動力學輸運理論；另一方面探討有機分子器件不同於傳統無機電子學器件的新效應。

結題摘要

有機分子器件以有機小分子或聚合物作為電荷傳輸層，具有許多不同於傳統無機半導體器件的特有性質。實驗的不斷成功引發了人們對有機分子器件內部微觀機制的研究熱潮，特別是由於有機體系獨特的內稟性質導致的輸運特性。我們立足於有機材料柔性晶格和強電-聲耦合特點，結合Su-Schrieffer-Heeger模型，建立並完善了基於分層遞階運動方程的量子輸運方程組，研究了有機分子器件中電荷注入、輸運的動力學過程，其中主要包括：（1）通過對聚乙炔分子鏈瞬態輸運性質的研究發現，低偏壓區域，電-聲相互作用對電荷輸運起到抑制作用，在高偏壓區域，電-聲相互作用對電荷輸運起到促進作用。高偏壓下強的電-聲相互作用導致系統產生了激子態，激子態輔助輸運引起了電流隨電-聲相互作用增強而增大的現象，體現了有機系統與傳統無機半導體系統的重要區別；（2）計算了低聚噻吩體系中穩態輸運性質，分析發現一定偏壓附近，系統將出現負微分電阻效應，異質硫原子之間的躍遷是導致負微分電阻效應的關鍵。外加含時激勵模式下系統伏安特性曲線呈現出回滯曲線，隨電極與分子耦合增強，回滯曲線面積減小；（3）另外我們還研究了電子關聯以及溫度效應對動力學性質的影響，長程電子相互作用有利於鏈內單態激子的產生，能提高器件的發光效率。隨著溫度升高，極化子激子態的穩定性逐漸減弱，產率減小，光激發譜呈現藍移現象。本項目的完成建立了瞬態量子輸運理論，從量子力學角度解釋了電荷輸運的動力學特性以及微觀機制，為探討研製新型有機電子學器件提供了一定理論依據。