自上世纪八十年代通过掺杂以后被发现具有导电性质以来,有机共轭聚合物作为一类有着广阔应用前景的新功能材料,凭借它们独特的可塑性、轻质量、低成本、易加工、柔性好等优点已经在半导体材料领域取得了不可或缺的地位。它们的光、电和磁学性质都非常丰富,受到了很多材料物理工作者的青睐。三十年以来,有机共轭聚合物材料的理论研究已经取得长足进展,并有效地指导着有机导电材料的生产与应用。如今,导电聚合物材料已经成功地应用于半导体器件和太阳能电池的制造中,而且其未来发展前景无限。有机导电聚合物与无机材料的本质区别在于:无机材料的载流子为电子或空穴;而有机导电聚合物的载流子却是孤子和极化子等元激发。苏武沛(W.P.Su),Schrieffer和Heeger三人在研究聚乙炔性质时,忽略碳原子的量子效应,采用“紧束缚近似”,建立了SSH模型,对有机共轭聚合物的研究做出了巨大贡献。随后,他们提出了有机共轭聚合物领域的一些“新”概念,如极化子、激子等。孙鑫等人在对导电聚合物中激子、双激子的理论研究中发现:导电聚合物中的激子在电场中是正向极化,而双激子却是反向极化。当导电聚合物吸收一个光子,激子就会受激再激发变成一个新的态,双激子,在电场中,它的极化发生反转。反向极化这种物理现象在半导体材料中新奇而且重要,它不仅在基础电子学的研究中很有意义,而且在生产应用中也具有潜在的价值。论文研究的内容及结论主要包括如下部分:1.论文的第三章,我们采用SSH模型,在自然边界条件下进一步研究了反式聚乙炔中极化子单电子再激发态的性质。发现极化子单电子再激发态在电场中也会出现反向极化,而且电场的强弱决定了反向极化的程度,强电场下,反向极化会逐渐地消失,同时出现了正向极化。我们可以依据极化子单电子再激发态的这种特性,在获得极化子单电子再激发态的同时根据电场的强弱来控制它的极化制造出量子开关器件。研究结果表明,简并破缺项et不利于极化子单电子再激发反向极化的产生。2.论文的第四章,我们从紧束缚模型出发,研究了链间耦合对双链(或多链)顺式聚乙炔体系极化子、激子态、双激子态的影响。首先,我们讨论了链间耦合作用对双链体系两条链各自的影响。着重分析了链间耦合作用下,多条链体系中极化子的链间扩展。发现链间耦合下,多条链体系中也存在电荷转移。加入耦合,电荷会在相邻链间转移;当耦合较强时,极化子会在链间层次性地扩展开来。其次,我们研究了链间耦合对双链体系中激子电子离域的程度和体系能量的影响,发现,存在临界链间耦合,激子态均匀分布在了两个链之间,体系能量值达到最大并保持不变。讨论了双链体系激子态的解离,发现,在电场作用下,链间耦合使激子的束缚能降低,更容易解离成其它载流子;弱耦合保持一定时,强电场有利于新载流子的生成。最后,我们分析了链间耦合作用对顺式聚乙炔双链体系中双激子的影响,发现,链间耦合使电子在链间转移,基态链上形成一个晶格畸变,使第一条链上双激子的反向极化增强,因为耦合作用使体系的定域能级差减小;耦合增强,基态链上出现了双激子,在电场中是也反向极化的;存在耦合临界值使两条链的反向极化都减小,但是双激子态仍主要局域在一条链中,并不会出现和双链极化子、激子一样的两条链上具有相同晶格畸变的情形。局域耦合时,电荷也会在链间发生转移,但是体系链上的极化却因耦合区域的不同而略有差异,有的局域耦合模型仅会出现电荷在相邻链间的转移,并不能在原来的基态链上形成双激子。综上所述,聚乙炔的再激发会出现反向极化的现象,研究中不容忽视;链间耦合使电子不再只是局域在一条链上,而会发生链间转移,在其它链上形成晶格畸变;链间耦合降低了聚乙炔中载流子的束缚能,有利于新载流子的产生;双链体系中的双激子也会出现反向极化的现象;有些局域耦合模型下,却不能出现反向极化。