導電高分子聲子模型的研究.pdf

1、有機導電高分子作為一種新型的功能材料，人們已經逐漸認識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越明顯。對具有準一維特征的導電聚合物的結構和物性，特別是它的電特性，可以說已經有了一個比較準確的理解，無論從量化還是物理建模出發(fā)，都得到了與實驗基本一致的理論結果。有機發(fā)光二極管是有機分子材料的一個重要應用，目前以小分子合成的發(fā)光器件已經實用化，高分子有機發(fā)光二極管也達到使用標準。另一方面，聚合物是軟凝聚態(tài)物質的典型代表，也是理

2、解有機體、生物物質的基礎。有機分子電子學、DNA分子電子學引起了人們的關注和研究。單個分子開關和分子導線已經研制成功，由此可設計分子尺度的電子邏輯計算。DNA分子處于動力學無形態(tài)，具有寬帶隙的非晶半導體特征。所有這些工作都揭示出有機材料存在豐富的物理功能特性，同時也表明對有機材料的研究必須綜合物理、化學甚至生物學的各種手段。 由于有機導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驗工作者對其導電特性，電子結構等廣泛

3、的研究。有機導電高分子中存在著強的電-聲相互作用，這是有機半導體與傳統(tǒng)的無機半導體的根本區(qū)別所在。所以深入了解有機導電高分子中的電-聲相互作用，對于研究有機導電高分子的電子結構等性質有重要的意義。 目前針對有機導電高分子的研究模型主要有三種，分別為實坐標空間模型；緊束縛模型；連續(xù)介質模型。其中人們大多數(shù)都采用緊束縛模型。這個模型是Su等人早在1978年針對反式聚乙炔提出的，它成功的解決了孤子問題。后來人們又在此模型基礎上進行了擴

4、展，給出了聚合物的基態(tài)和各種激發(fā)態(tài)，被廣泛地用來研究高分子聚合物的各種性質。如人們在此模型上記入Brazovskii-Kirova-type對稱項破缺，將其推廣到基態(tài)非簡并系統(tǒng)。但該模型也具有一定的局限性，如將品格原子經典處理，適用于低溫環(huán)境，高溫下晶格振動會導致大量聲子的出現(xiàn)，經典處理就會帶來很大誤差。要想克服這個局限性，引入聲子，將晶格量子化處理，建立有機導電高分子的聲子模型具有很多的意義。 近年來，針對有機分子材料的聲子模

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)，被廣泛地用來研究高分子聚合物的各種性質。SSH模型實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聲子相互作用的結果，主要來解釋單雙鍵交替骨架結構的材料的一些性質；另一種是以Holstein模型為代表

6、的全量子化模型，主要計入局域電子-聲子耦合，即考慮電子與光學聲子相互作用的模型。人們通過數(shù)值計算和近似的方法來研究大極化子和小極化子的問題。電子和晶格的全量子化處理起來非常繁瑣，只能得到一些特解。由于在實際的材料中，局域和非局域的電子-聲子耦合是同時存在的，本論文針對有機導電高分子，在一維緊束縛SSH模型和Holstein模型的基礎上，深入到材料的微觀結構，將同時計入兩種電子-聲子耦合，拓展全量子化模型，運用相干態(tài)展開法試圖得到系統(tǒng)的基

7、態(tài)解以及一些可能的物理量。本論文具體的研究內容和基本結果如下： 1．有機導電高分子的特點和性質。 對有機功能材料中的有機半導體的特點，及其光、電、磁性質做了進一步闡述，介紹了其在多個領域的應用和研究進展。本章還簡單介紹了目前對有機導電高分子性質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：電子與聲學聲子的相互作用；電子與光學聲子的相互作

8、用，以及目前三種比較常見的聲子模型。 3．導電高分子的非線性薛定諤方程。 從有機導電高分子的實際情況出發(fā)，考慮了兩種量子化的電子-聲子相互作用，運用相干態(tài)展開法，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式。 4．不同電子-聲子相互作用下材料的基態(tài)特性。 對材料電子-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)材料的兩種實際結構，考慮兩種耦合的