共軛聚合物中極化子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì).pdf

1、共軛聚合物具有不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體的特性，它們是強(qiáng)電一聲相互作用的準(zhǔn)一維體系，其載流子不再是簡(jiǎn)單的電子和空穴，而是伴隨晶格畸變的具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子(自旋1/2的極化子、自旋為0的雙極化子等)，這些載流子的輸運(yùn)、以及正負(fù)極化子對(duì)復(fù)合成激子的過(guò)程在很大程度上決定著聚合物的電致發(fā)光性質(zhì)。本論文基于一維緊束縛的Su-Schfieffer-Heeger(SSH)模型，采用非絕熱的分子動(dòng)力學(xué)的方法，針對(duì)高分子聚合物中一些尚未清楚的問(wèn)題，如極化子在不

2、同體系中的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、正負(fù)極化子的非彈性散射過(guò)程，以及電子一電子相互作用對(duì)極化子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響等問(wèn)題進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。論文結(jié)果由三部分內(nèi)容構(gòu)成。 1．導(dǎo)電聚合物中極化子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究在第三章，基于忽略了電子一電子相互作用的緊束縛的SSH模型和它的擴(kuò)展模型，采用非絕熱分子動(dòng)力學(xué)的方法，我們研究了聚合物中極化子的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，研究結(jié)果表明： (1)極化子在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，具有穩(wěn)定速度，穩(wěn)定速度隨著電場(chǎng)強(qiáng)度(E<,0>)

3、和加入方式、簡(jiǎn)并破缺參數(shù)(t<,e>)、電聲耦合參數(shù)(a)的變化都會(huì)發(fā)生改變。這是因?yàn)檫@些參數(shù)的變化都會(huì)引起極化子局域度的改變和極化子中局域電荷的數(shù)量變化，極化子的局域度越弱，局域的電荷數(shù)量越少，極化子的穩(wěn)定速度越大。 (2)極化子在耦合聚合物界面的動(dòng)力學(xué)對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管中的輸運(yùn)和發(fā)光性質(zhì)有著重要的影響，研究結(jié)果表明：極化子在聚合物耦合界面的輸運(yùn)依賴(lài)于影響界面處勢(shì)壘高度的失配參數(shù)△<,e>，影響兩條鏈間耦合長(zhǎng)度(或強(qiáng)弱)的界面耦

4、合強(qiáng)度參數(shù)t<,h>，以及提高極化子動(dòng)能的電場(chǎng)強(qiáng)度E<,0>，即電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)、界面耦合強(qiáng)度越大、失配參數(shù)越小，極化子就越容易躍遷過(guò)耦合界面到相鄰的聚合物鏈。 2．導(dǎo)電聚合物中正負(fù)極化子對(duì)的非彈性散射過(guò)程在第四章，我們還研究了正負(fù)極化子對(duì)的非彈性散射過(guò)程，發(fā)現(xiàn)它們的散射過(guò)程在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度下，對(duì)于電荷和晶格缺陷是不同的，依賴(lài)于鏈間耦合強(qiáng)度。 (1)聚合物中極化子對(duì)的非彈性散射對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的依賴(lài)關(guān)系表明： 在弱場(chǎng)(小于

5、0.1mV/A)時(shí)，電荷由于量子隧穿相互抵消，但不改變符號(hào)，極化子晶格碰撞后帶著剩余的電荷返回，但是它們不能分得很遠(yuǎn)，在電場(chǎng)作用下，可進(jìn)行第二次碰撞，結(jié)合成一個(gè)整體，然后又分成一對(duì)中性的孤子對(duì)。在中等強(qiáng)度的電場(chǎng)下(0.1 mV/A≤1.2 mV/A)，兩個(gè)極化子晶格碰撞后分開(kāi)，但是它們分別帶著與入射時(shí)相反符號(hào)的電荷。這時(shí)它們是極化子和激子的混合體。在強(qiáng)場(chǎng)時(shí)(E<,0>>1.2mY/A)，依賴(lài)于初始條件和基態(tài)的簡(jiǎn)井l生，兩個(gè)極

6、化子品格可能合成一個(gè)整體，然后解離為一對(duì)荷電的孤子對(duì)；也可能形成許多弱局域的晶格振動(dòng)，電荷分布在這些淺的局域態(tài)中。 (2)在不同的電場(chǎng)強(qiáng)度下，聚合物界面處極化子對(duì)的非彈性散射對(duì)界面耦合強(qiáng)度的依賴(lài)關(guān)系表明： 在電場(chǎng)的作用下，正負(fù)極化子對(duì)在耦合界面碰撞，如果界面耦合強(qiáng)度較小，極化子碰撞后帶著原來(lái)的電荷返回，局域在兩個(gè)極化子中的電荷數(shù)量基本不變，也不改變符號(hào)。隨著耦合強(qiáng)度的增加，電子波函數(shù)交疊程度增加，局域在兩個(gè)極化子中的電荷

7、逐漸減少，但也不改變符號(hào)，極化子晶格碰撞后帶著剩余的電荷返回，它們是極化子和激子的混合體。當(dāng)耦合強(qiáng)度很大時(shí)(例如E<,0>=0.1mV/A，t<,h>≥1.88eV)，正負(fù)極化子碰撞后，將在一條鏈上形成極化子激子，基態(tài)簡(jiǎn)并體系中，極化子激子演化成一對(duì)孤子和反孤子對(duì)，而另一條鏈恢復(fù)為二聚化狀態(tài)。在強(qiáng)電場(chǎng)和大的耦合強(qiáng)度作用下時(shí)，兩個(gè)極化子晶格碰撞后分開(kāi)，但是它們分別帶著與入射時(shí)相反符號(hào)的電荷返回時(shí)，極化子解體，變成了自由的電子和空穴。

8、 3．電子一電子相互作用對(duì)極化子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響第五章基于一維緊束縛SSH模型和擴(kuò)展的Hubbard模型，采用非絕熱分子動(dòng)力學(xué)方法，在非限制性Hartree-Fock(HF)平均場(chǎng)近似下，我們研究了電子-電子相互作用對(duì)共軛聚合物鏈中荷電極化子的運(yùn)動(dòng)特性的影響，結(jié)果表明：電子-電子相互作用解除了極化子能級(jí)的自旋簡(jiǎn)并；電子-電子相互作用改變了極化子的局域程度；對(duì)于Hubbard模型，穩(wěn)定速度最大值出現(xiàn)在電荷密度波(CDW)和自旋密度波(S