共軛聚合物分子的電子輸運(yùn)性質(zhì).pdf

1、目前，在有機(jī)共軛聚合物中，電聲相互作用對(duì)電子輸運(yùn)性質(zhì)的影響仍是一個(gè)重要的研究課題。在較低偏壓范圍，隨著分子長(zhǎng)度增加，有些共軛聚合物分子的電子輸運(yùn)機(jī)制從coherent nonresonant tunneling向incoherent thermally activated hopping轉(zhuǎn)變;當(dāng)偏壓足夠大，傳導(dǎo)電子與分子能級(jí)發(fā)生共振時(shí)，共軛聚合物分子具有豐富的電子輸運(yùn)現(xiàn)象。本文將以反式聚乙炔分子為例研究一類簡(jiǎn)單柔性共軛聚合物分子的電子輸

2、運(yùn)性質(zhì)。
　　反式聚乙炔分子采用Su-Schrieffer-Heeger(SSH)哈密頓模型描述，源極和漏極采用無(wú)相互作用電子庫(kù)模型描述。由密度算符的Liouville運(yùn)動(dòng)方程和hierarchical equations ofmotion(HEOM)方法得到求解分子部分電子密度矩陣的方程組，結(jié)合分子的晶格運(yùn)動(dòng)方程和泊松方程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)反式聚乙炔分子導(dǎo)電過(guò)程的含時(shí)模擬。本文分析了晶格振動(dòng)、電勢(shì)分布以及柵極電壓對(duì)反式聚乙炔分子電子輸

3、運(yùn)性質(zhì)的影響。關(guān)于電勢(shì)分布，考慮了兩種情況:電極分子之間為非歐姆接觸，使電勢(shì)完全降落在分子電極界面上，而分子內(nèi)沒(méi)有電勢(shì)起伏;電極分子之間為歐姆接觸，使電勢(shì)降落在分子上，并且隨著分子上的電子分布變化。
　　本文重點(diǎn)研究了沒(méi)有柵極電壓時(shí)反式聚乙炔分子的電子輸運(yùn)性質(zhì)，此時(shí)π能帶中心位于偏壓窗中心。
　　在反式聚乙炔分子中，電子或空穴與其引起的晶格畸變耦合形成孤子。當(dāng)反式聚乙炔分子處于較好的導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，形成的孤子與孤子之間傾向于連接

4、起來(lái)，這使得孤子束縛態(tài)之間相互交疊組成更離域的電子態(tài)，從而使分子具有較大的電導(dǎo)。電子和空穴在分子基態(tài)中激發(fā)孤子的臨界偏壓（導(dǎo)通偏壓）大于孤子全部湮滅使分子恢復(fù)基態(tài)的臨界偏壓，而且在小于導(dǎo)通偏壓的偏壓范圍，分子含有孤子時(shí)的電導(dǎo)比分子基態(tài)的電導(dǎo)大，所以反式聚乙炔分子具有了電導(dǎo)雙穩(wěn)態(tài)性質(zhì)。
　　當(dāng)反式聚乙炔分子通過(guò)孤子電子態(tài)導(dǎo)電時(shí)，晶格振動(dòng)引起電流振蕩，并且不利于導(dǎo)電。在非歐姆接觸條件下，晶格振動(dòng)大小與偏壓改變時(shí)引起的晶格改變大小成正相

5、關(guān)，所以，不同的初態(tài)得到的同一偏壓下的電導(dǎo)有差異;在歐姆接觸條件下，由于格點(diǎn)受到電場(chǎng)力作用，晶格振動(dòng)會(huì)丟失對(duì)初始晶格變化的記憶，所以選擇不同初態(tài)引起的電導(dǎo)差異比較小。
　　在歐姆接觸條件下，分子上的電勢(shì)降落會(huì)引起導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子態(tài)和分子中的孤子電子態(tài)的局域，局域的電子態(tài)與源極和漏極的耦合不對(duì)稱，甚至與一端電極的耦合減小至零，因此偏壓窗內(nèi)電子態(tài)的局域有兩個(gè)效果，其一不利于導(dǎo)電，其二是引起電子占據(jù)數(shù)較大地偏離半滿占據(jù)。
　　本

6、文發(fā)現(xiàn)兩個(gè)因素不利于孤子電子態(tài)導(dǎo)電，其一是分子的晶格振動(dòng)，其二是分子上的電勢(shì)降落，這兩個(gè)因素的強(qiáng)弱正相關(guān)。在歐姆接觸條件下，由于格點(diǎn)受到電場(chǎng)力作用，晶格振動(dòng)情況主要依賴于偏壓大小以及分子能級(jí)與電極費(fèi)米面的相對(duì)位置。有的偏壓下晶格振動(dòng)比較微弱，但是稍增大偏壓就會(huì)導(dǎo)致晶格振動(dòng)明顯增大，從而發(fā)生負(fù)微分電阻現(xiàn)象。
　　本文也討論了柵極電壓對(duì)反式聚乙炔分子電子輸運(yùn)性質(zhì)的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)柵極電壓，可以使得反式聚乙炔分子π能帶的中心偏離偏壓窗中心