有机半导体材料从实验上发现之初,到现在进入到商业应用,一直带给人们物理上新的认识。首先是对有机半导体材料导电机制的研究,有机半导体材料的载流子是孤子、极化子等准粒子。材料在基态和激发态的电子能带结构完全不同,掺杂可以剧烈改变材料的导电性。有机半导体材料的可修饰性,又促进了其在发光器件中的应用。有机材料的低成本、易加工等特点,促进了其在太阳能电池领域的不断研究,目前效率最高的有机太阳能电池其效率已经超过18%。除了有机电子学的进展,有机自旋电子学领域也有快速发展,有机自旋阀出现与传统自旋阀完全不同的物理现象。除此之外,有机半导体材料或器件在多场调控下的新性质也层出不穷,例如有机磁场效应,有机多铁,有机纯自旋流等,这些研究都揭示了有机半导体材料在电荷、自旋、声子方面有着复杂的相互作用,具有丰富的物理性质。本文基于近期有机电子学的理论和实验研究进展,研究了有机材料中载流子弛豫的两个物理过程,分别是有机半导体材料中载流子的自发局域机制,以及有机发光器件中的超长余辉现象。由于有机半导体材料中强的电子-晶格相互作用,注入到材料中的电荷与晶格耦合形成极化子,使得系统整体能量更低,这是理论和实验上都已证实的。关于极化子的产生原因,一般认为是有机材料中存在的对称破缺因素,例如缺陷、杂质等。最近有第一性原理计算结果显示,对于完全有序的聚乙炔分子,注入电子后,电子可以自发地形成极化子,作者判断是由于电子关联效应导致了极化子的自发形成。这里,我们采用紧束缚近似的量子动力学方法,研究了聚乙炔分子中不同初始条件下极化子产生的动力学过程。通过分析其分子位形、电荷密度和能量的变化,我们分析了该自发局域的物理机制,为更好地理解材料中电子态局域化提供了新的思路。我们研究发现,即使不存在对称性破缺因素,极化子也可以在完全有序的聚乙炔分子中自发地产生,极化子的自发产生与有限长分子的边界效应有关。长余辉发光一般是某些无机材料的特性（又称夜明珠）,有机材料的长余辉发光时间一般无法达到秒量级。Adachi课题组在实验上发现了发光时间可达到几十秒乃至小时秒量级的有机长余辉材料。我们通过构建给体和受体组成的有机长余辉发光体系的模型,采用Marcus跃迁理论以及随机行走方法,模拟了载流子在分子之间的跃迁、正负极化子互相吸引形成激子,最后复合发光的物理过程,并与实验结果进行对比。然后通过改变系统温度、给体分子浓度等参数来研究外界条件如何影响发光效率与发光时间。研究发现,温度越高,给体浓度越大,发光的时间越短。