《有機材料中光電轉換過程的動力學研究》是依託同濟大學，由趙暉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有機材料中光電轉換過程的動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙暉
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
材料是當今科學研究中最為關心的課題，有機材料作為新型的光電功能材料，具有可選擇性強、成本低、製備簡單等獨特的優點。與無機材料不同，有機高分子材料具有獨特的準一維π電子共軛鍵結構，電子的自陷使得有機材料中含有孤子、極化子、雙極化子等電荷、自旋各異的載流子以及激子、雙激子等與發光有關的載能子。這些元激發在光電轉換過程中起著至關重要的作用，並由此產生一系列新穎的光電現象。本項目基於有機材料的獨特性質，從靜態的能譜結構和動態的分子動力學角度出發，研究共軛鍵結構、量子聲子漲落，特別是電子關聯效應如何影響各種元激發的生成、輸運、複合、拆分以及相互的轉換過程。結合相關實驗，理解電子關聯在光電（電光）轉換過程中的作用，發掘全新的光電轉換現象，探尋光電高效轉換的新機理。
結題摘要
材料是當今科學研究中最關心的課題。有機材料作為新型的光電功能材料，具有高電導率、高發光效率、可選擇性強、成本低、製備簡單等獨特的優點而受到學術上和工業上的特別關注。與無機材料不同，有機共軛聚合物是一類典型的準一維強關聯電聲系統：既有較強的電子關聯，又有很強的電-聲相互作用，由此產生一系列傳統無機材料中所不具備的新穎光電現象。一方面由於強電-聲相互作用，電子的激發會誘導晶格的畸變，從而生成各種自陷元激發，如激子、極化子、雙極化子等。另一方面，較強的電子關聯導致低激發態序的改變，使其吸收、發光等性質定性不同。共軛聚物中各種元激發性質的研究，對這些材料和器件的設計、製作和套用有著明確的指導意義。從理論的角度，一旦考慮了電子關聯，這就是一個多體系統的演化問題，我們首先發展了含時密度矩陣重整化群方法(time-dependent density-matrix-renormalization-group, t-DMRG)和MCTDHF (multi-configurational time-dependent Hartree-Fock)方法，使之可以套用於關聯電聲系統。利用這些方法，我們特別關注於電子關聯效應對各種元激發在電荷輸運和光電/電光轉換過程中所起的作用，從最基本的物理過程來理解光致載流子產生的機理、正負極化子對的複合、激子有效拆分的途經和機制等。我們發現（1）帶相反電荷的電子-空穴極化子對複合過程中，電子間的庫侖相互作用使得單態和三態間的簡併消除，電子關聯有利於單態激子的產生，其產率隨電子關聯強度的增大而很快增加。(2) 同樣，電子關聯在激子解體過程中也起著至關重要的作用，電子間的庫侖相互作用有利於單態激子的解體而不利於三態激子的解體。在純淨的共軛聚合物鏈中，解體激子需要非常大的電場，而無序有效地降低了解體激子所需要的電場強度，可以有效的提高光電轉換效率。另一方面，量子相變的研究一直是理論研究的熱點。利用基於t-DMRG的方法，我們研究了低維關聯模型中的一些尚有爭論的問題。我們發現（3）在考慮了離子勢的一維擴展Hubbard模型中，在已知的Mott絕緣體相和Band絕緣體相之間還存在一個自發的二聚化絕緣體BOI相，其占據了整個相圖很小的一部分區域。在相互作用足夠強的時候, 中間相BOI消失。通過計算電荷和自旋位置算符，我們得了更加精確的相邊界並給出了完整的相圖。
