導(dǎo)電高分子聲子模型的研究.pdf

1、有機(jī)導(dǎo)電高分子作為一種新型的功能材料，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到其豐富的功能特性。從小分子到高分子，其電磁光等特性越來(lái)越明顯。對(duì)具有準(zhǔn)一維特征的導(dǎo)電聚合物的結(jié)構(gòu)和物性，特別是它的電特性，可以說(shuō)已經(jīng)有了一個(gè)比較準(zhǔn)確的理解，無(wú)論從量化還是物理建模出發(fā)，都得到了與實(shí)驗(yàn)基本一致的理論結(jié)果。有機(jī)發(fā)光二極管是有機(jī)分子材料的一個(gè)重要應(yīng)用，目前以小分子合成的發(fā)光器件已經(jīng)實(shí)用化，高分子有機(jī)發(fā)光二極管也達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，聚合物是軟凝聚態(tài)物質(zhì)的典型代表，也是理

2、解有機(jī)體、生物物質(zhì)的基礎(chǔ)。有機(jī)分子電子學(xué)、DNA分子電子學(xué)引起了人們的關(guān)注和研究。單個(gè)分子開(kāi)關(guān)和分子導(dǎo)線已經(jīng)研制成功，由此可設(shè)計(jì)分子尺度的電子邏輯計(jì)算。DNA分子處于動(dòng)力學(xué)無(wú)形態(tài)，具有寬帶隙的非晶半導(dǎo)體特征。所有這些工作都揭示出有機(jī)材料存在豐富的物理功能特性，同時(shí)也表明對(duì)有機(jī)材料的研究必須綜合物理、化學(xué)甚至生物學(xué)的各種手段。 由于有機(jī)導(dǎo)電高分子豐富的功能特性和良好的發(fā)展前景，吸引了眾多理論和實(shí)驗(yàn)工作者對(duì)其導(dǎo)電特性，電子結(jié)構(gòu)等廣泛

3、的研究。有機(jī)導(dǎo)電高分子中存在著強(qiáng)的電-聲相互作用，這是有機(jī)半導(dǎo)體與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的根本區(qū)別所在。所以深入了解有機(jī)導(dǎo)電高分子中的電-聲相互作用，對(duì)于研究有機(jī)導(dǎo)電高分子的電子結(jié)構(gòu)等性質(zhì)有重要的意義。 目前針對(duì)有機(jī)導(dǎo)電高分子的研究模型主要有三種，分別為實(shí)坐標(biāo)空間模型；緊束縛模型；連續(xù)介質(zhì)模型。其中人們大多數(shù)都采用緊束縛模型。這個(gè)模型是Su等人早在1978年針對(duì)反式聚乙炔提出的，它成功的解決了孤子問(wèn)題。后來(lái)人們又在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)

4、展，給出了聚合物的基態(tài)和各種激發(fā)態(tài)，被廣泛地用來(lái)研究高分子聚合物的各種性質(zhì)。如人們?cè)诖四Ｐ蜕嫌浫隑razovskii-Kirova-type對(duì)稱項(xiàng)破缺，將其推廣到基態(tài)非簡(jiǎn)并系統(tǒng)。但該模型也具有一定的局限性，如將品格原子經(jīng)典處理，適用于低溫環(huán)境，高溫下晶格振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致大量聲子的出現(xiàn)，經(jīng)典處理就會(huì)帶來(lái)很大誤差。要想克服這個(gè)局限性，引入聲子，將晶格量子化處理，建立有機(jī)導(dǎo)電高分子的聲子模型具有很多的意義。 近年來(lái)，針對(duì)有機(jī)分子材料的聲子模

5、型的建立工作吸引很多理論工作者的興趣，目前理論研究電-聲子相互作用的模型主要有兩種，一種是以Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型為代表的緊束縛近似，充分考慮了電子-晶格相互作用，給出了聚合物的基態(tài)和各種激發(fā)態(tài)，被廣泛地用來(lái)研究高分子聚合物的各種性質(zhì)。SSH模型實(shí)際上主要考慮了非局域的電子-聲子耦合，這種耦合是電子與聲學(xué)聲子相互作用的結(jié)果，主要來(lái)解釋單雙鍵交替骨架結(jié)構(gòu)的材料的一些性質(zhì)；另一種是以Holstein模型為代表

6、的全量子化模型，主要計(jì)入局域電子-聲子耦合，即考慮電子與光學(xué)聲子相互作用的模型。人們通過(guò)數(shù)值計(jì)算和近似的方法來(lái)研究大極化子和小極化子的問(wèn)題。電子和晶格的全量子化處理起來(lái)非常繁瑣，只能得到一些特解。由于在實(shí)際的材料中，局域和非局域的電子-聲子耦合是同時(shí)存在的，本論文針對(duì)有機(jī)導(dǎo)電高分子，在一維緊束縛SSH模型和Holstein模型的基礎(chǔ)上，深入到材料的微觀結(jié)構(gòu)，將同時(shí)計(jì)入兩種電子-聲子耦合，拓展全量子化模型，運(yùn)用相干態(tài)展開(kāi)法試圖得到系統(tǒng)的基

7、態(tài)解以及一些可能的物理量。本論文具體的研究?jī)?nèi)容和基本結(jié)果如下： 1．有機(jī)導(dǎo)電高分子的特點(diǎn)和性質(zhì)。 對(duì)有機(jī)功能材料中的有機(jī)半導(dǎo)體的特點(diǎn)，及其光、電、磁性質(zhì)做了進(jìn)一步闡述，介紹了其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究進(jìn)展。本章還簡(jiǎn)單介紹了目前對(duì)有機(jī)導(dǎo)電高分子性質(zhì)的研究所采用典型代表模型。 2．聲子及聲子模型。 聲子和電子-聲子相互作用的定義，主要介紹了兩類電子-聲子相互作用：電子與聲學(xué)聲子的相互作用；電子與光學(xué)聲子的相互作

8、用，以及目前三種比較常見(jiàn)的聲子模型。 3．導(dǎo)電高分子的非線性薛定諤方程。 從有機(jī)導(dǎo)電高分子的實(shí)際情況出發(fā)，考慮了兩種量子化的電子-聲子相互作用，運(yùn)用相干態(tài)展開(kāi)法，得到在全量子化電子-聲子耦合情況下的系統(tǒng)所滿足的非線性薛定諤方程和晶格位移的表達(dá)式。 4．不同電子-聲子相互作用下材料的基態(tài)特性。 對(duì)材料電子-聲子相互作用的研究主要有兩種：局域電聲耦合和非局域電聲耦合。如果根據(jù)材料的兩種實(shí)際結(jié)構(gòu)，考慮兩種耦合的