共軛聚合物分子的電子輸運性質(zhì).pdf

1、目前，在有機共軛聚合物中，電聲相互作用對電子輸運性質(zhì)的影響仍是一個重要的研究課題。在較低偏壓范圍，隨著分子長度增加，有些共軛聚合物分子的電子輸運機制從coherent nonresonant tunneling向incoherent thermally activated hopping轉(zhuǎn)變;當偏壓足夠大，傳導(dǎo)電子與分子能級發(fā)生共振時，共軛聚合物分子具有豐富的電子輸運現(xiàn)象。本文將以反式聚乙炔分子為例研究一類簡單柔性共軛聚合物分子的電子輸

2、運性質(zhì)。
　　反式聚乙炔分子采用Su-Schrieffer-Heeger(SSH)哈密頓模型描述，源極和漏極采用無相互作用電子庫模型描述。由密度算符的Liouville運動方程和hierarchical equations ofmotion(HEOM)方法得到求解分子部分電子密度矩陣的方程組，結(jié)合分子的晶格運動方程和泊松方程，從而實現(xiàn)對反式聚乙炔分子導(dǎo)電過程的含時模擬。本文分析了晶格振動、電勢分布以及柵極電壓對反式聚乙炔分子電子輸

3、運性質(zhì)的影響。關(guān)于電勢分布，考慮了兩種情況:電極分子之間為非歐姆接觸，使電勢完全降落在分子電極界面上，而分子內(nèi)沒有電勢起伏;電極分子之間為歐姆接觸，使電勢降落在分子上，并且隨著分子上的電子分布變化。
　　本文重點研究了沒有柵極電壓時反式聚乙炔分子的電子輸運性質(zhì)，此時π能帶中心位于偏壓窗中心。
　　在反式聚乙炔分子中，電子或空穴與其引起的晶格畸變耦合形成孤子。當反式聚乙炔分子處于較好的導(dǎo)電狀態(tài)時，形成的孤子與孤子之間傾向于連接

4、起來，這使得孤子束縛態(tài)之間相互交疊組成更離域的電子態(tài)，從而使分子具有較大的電導(dǎo)。電子和空穴在分子基態(tài)中激發(fā)孤子的臨界偏壓（導(dǎo)通偏壓）大于孤子全部湮滅使分子恢復(fù)基態(tài)的臨界偏壓，而且在小于導(dǎo)通偏壓的偏壓范圍，分子含有孤子時的電導(dǎo)比分子基態(tài)的電導(dǎo)大，所以反式聚乙炔分子具有了電導(dǎo)雙穩(wěn)態(tài)性質(zhì)。
　　當反式聚乙炔分子通過孤子電子態(tài)導(dǎo)電時，晶格振動引起電流振蕩，并且不利于導(dǎo)電。在非歐姆接觸條件下，晶格振動大小與偏壓改變時引起的晶格改變大小成正相

5、關(guān)，所以，不同的初態(tài)得到的同一偏壓下的電導(dǎo)有差異;在歐姆接觸條件下，由于格點受到電場力作用，晶格振動會丟失對初始晶格變化的記憶，所以選擇不同初態(tài)引起的電導(dǎo)差異比較小。
　　在歐姆接觸條件下，分子上的電勢降落會引起導(dǎo)帶和價帶中的電子態(tài)和分子中的孤子電子態(tài)的局域，局域的電子態(tài)與源極和漏極的耦合不對稱，甚至與一端電極的耦合減小至零，因此偏壓窗內(nèi)電子態(tài)的局域有兩個效果，其一不利于導(dǎo)電，其二是引起電子占據(jù)數(shù)較大地偏離半滿占據(jù)。
　　本

6、文發(fā)現(xiàn)兩個因素不利于孤子電子態(tài)導(dǎo)電，其一是分子的晶格振動，其二是分子上的電勢降落，這兩個因素的強弱正相關(guān)。在歐姆接觸條件下，由于格點受到電場力作用，晶格振動情況主要依賴于偏壓大小以及分子能級與電極費米面的相對位置。有的偏壓下晶格振動比較微弱，但是稍增大偏壓就會導(dǎo)致晶格振動明顯增大，從而發(fā)生負微分電阻現(xiàn)象。
　　本文也討論了柵極電壓對反式聚乙炔分子電子輸運性質(zhì)的影響。通過調(diào)節(jié)柵極電壓，可以使得反式聚乙炔分子π能帶的中心偏離偏壓窗中心