侧基取代的有机共轭聚合物中极化子动力学性质的研究

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基于一维紧束缚SSH模型,采用非绝热动力学方法,我们研究了:1.掺杂聚合物的静态性质以及杂质离子对极化子动力学过程的影响。(1)在聚合物中均匀加入杂质离子的数目不同,则聚合物材料带隙的宽度不同;随着杂质势强度的增加,带隙变得越来越窄;(2)在聚合物中加入相同的杂质势(VP>0),发现杂质离子对电子极化子和空穴极化子的运动速度影响不同。在电场下极化子被加速,达到饱和速度后与杂质离子发生碰撞,电子极化子与杂质离子(VP>0)碰撞时受到库仑排斥作用,类似于势垒;而空穴极化子与杂质离子(VP>0)碰撞时受到库仑吸引作用,类似于势阱,由于杂质离子对正负极化子的作用不同,造成了它们平均速度的差异。(3)正负极化子的平均速度与杂质离子之间的距离有关。当杂质离子之间距离较近时,如,两杂质离子相距六倍晶格常数距离时,电子极化子的平均速度远快于空穴极化子。此外,正负极化子的平均速度还随着杂质势强度的增加而减少。2.含有侧基聚合物的静态性质以及侧基对极化子动力学过程的影响。(1)在聚合物链中引入具有排斥电子作用的侧基,侧基上的电子易跃迁至主链,相当于N型半导体材料。相反,如果用吸引电子基团作为聚合物的侧基,主链电子易跃迁至侧基,相当于P型半导体材料。侧基的加入使得聚合物带隙中形成局域能级,深能级随着主链与侧基之间跃迁积分的增加向带隙中间靠近,而随着其侧基基团在位能的增加分别向导带和价带靠近;(2)由于电子极化子和空穴极化子与侧基碰撞时受到的相互作用不同,导致了电子和空穴极化子运动速度不同。如,两侧基之间相距十六倍晶格常数时,极化子与侧基碰撞后,电子极化子的速度远快于空穴极化子。电子极化子的平均速度随着跃迁积分的增加而减少,相反,空穴极化子的平均速度随着跃迁积分的增加而增加;另外,侧基之间的距离对电子和空穴极化子平均速度的影响不同。随着侧基之间距离的增加,电子极化子的平均速度基本不变,而空穴极化子的平均速度在侧基之间的距离为14-22个晶格常数时,平均速度明显变小。电子和空穴极化子的平均速度还随着侧基基团在位能的变化而变化。
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