《磁場影響有機半導體器件光電特性的微觀機理研究》是依託濟南大學，由李曉雪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：磁場影響有機半導體器件光電特性的微觀機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李曉雪
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
有機半導體器件中的磁場效應多年來一直是有機自旋電子學領域研究的前沿。然而，由於實驗結果複雜多樣，目前人們對有機磁場效應的產生機制尚未達成一致，對於它所涉及的許多基礎性物理問題尚不明確。鑒於此，本項目擬從塞曼相互作用、超精細相互作用和自旋-軌道耦合等自旋相關的相互作用以及電子-電子相互作用等多個角度出發，為揭示有機磁場效應的產生機理提供一個較為清晰的物理圖像。同時，基於有機半導體的一維緊束縛模型，建立系統的哈密頓量，採用非絕熱近似下半經典的動力學演化方法，理論探討磁場對載流子輸運性質的影響。通過計算磁場施加前後載流子遷移率和濃度，以及載流子對之間碰撞後複合形成單態激子和極化子激發態產率的相對變化，給出有機磁場效應曲線，並與最新的實驗數據進行比較。本項目旨在利用數值計算結果給出對有機磁場效應定量、合理、普適性的理論解釋，從而為進一步的實驗研究提供理論基礎和依據，推動該研究領域在理論方面的發展。
結題摘要
本項目主要以聚乙炔為研究對象，建立了一維緊束縛的Su-Schrieffer-Heeger模型。採用Hartree-Fock近似下擴展的Hubbard模型描述電子-電子相互作用，同時計入鏈間耦合和溫度效應，理論探討了各種光激發態的形成、極化和解離等靜態特性，以及載流子的動力學行為。 本項目基本按照研究計畫執行，所取得的主要研究成果如下：(1)在外電場的作用下，反式聚乙炔中的高能單光子激發態能夠呈現反向極化的特性，但極化程度會隨著電子-電子相互作用的引入而減弱。當電場強度增大到超過某一臨界值時，高能光激發態解離成高能激子和帶電的正、反孤子對，分別定域在兩條耦合鏈上。(2)當鏈間耦合強度較弱時，帶電的反式聚乙炔分子吸收一個光子後，所形成的極化子激發態主要局域在一條鏈上。隨著鏈間耦合強度的增大並超過某一臨界值時，極化子的單光子激發過程在兩條耦合鏈上均有發生。在固定的電場作用下，極化子單激發態的反向極化程度會隨著鏈間耦合的增強而增大。(3)採用由朗之萬方程引入的熱隨機力的方式來描述由溫度引起的熱效應，模擬了順式聚乙炔中正、負極化子之間散射的動力學過程，發現溫度和電場強度不同，激子形成的方式和機率也不同。溫度效應的引入能夠促進正、負極化子碰撞後複合形成激子，並在熱隨機力的驅動下呈現隨機行走的行為。(4)在固定的電場作用下，隨著相同格點上自旋相反的兩個電子之間庫倫排斥相互作用的增強，帶電低聚物中的單光子激發態的反向極化特性逐漸減弱。當電場強度增大到超過某一臨界值時，該激發態將解離成極化子和雙極化子。電子-電子相互作用越強，臨界值越高。(5)採用非絕熱的動力學演化方法，模擬了順式聚乙炔中自旋平行和反平行的正、負極化子在不同電場強度和電子-電子相互作用強度下的散射過程。發現在弱電場下，電子-電子相互作用能夠促進正、負極化子複合產生單態激子，但不利於三態激子的形成。而在中等強度電場下，情況則完全相反。 本項目基本完成預期目標，上述研究成果均已發表在SCI收錄的學術期刊上。
