聚噻吩瞬态输运性质的研究
本文关键词：聚噻吩瞬态输运性质的研究 出处：《河北师范大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：随着扫描显微镜、分子自组装等实验手段的进步,分子电子学的研究也越来越受人们关注。分子电子学主要以苯环为基本单元的芳香族有机聚合物为研究对象,由于这些有机化合物具有共轭π电子结构,可以将其看做准一维体系,电子与晶格相互影响,能够支持孤子、极化子、激子等多种结构的非线性元激发。这些元激发可以使有机聚合物发挥独特的物理特性。聚噻吩及其衍生物由于其独特的光学特性和导电性质,是有机分子器件的良好候选。采用Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,大量工作集中研究了孤立电子-晶格耦合系统的静态以及动力学过程,但对于分子与电极耦合的情况,也就是开放量子体系中元激发的动力学还缺乏理解,尤其是由于电-声相互作用引起的各种物理现象。本论文基于扩展的SSH模型,充分考虑电-声耦合作用,采用级联运动方程结合非绝热分子动力学的方法,研究聚噻吩的瞬态输运性质。首先通过自洽迭代的方法找到了聚噻吩分子动力学初态的性质,发现聚噻吩分子具有四周期结构,由于异质硫原子的存在导致其能带关于费米面不对称。接着运用级联运动方程方法结合非绝热分子动力学公式计算四噻吩构成的有机分子器件的瞬态输运性质,研究发现当系统受到外界激励后,需经历一定时间达到稳定状态,大约为68fs。当偏压较小时,由于没有导电通道存在,系统电流很小,振荡幅度也较小;当偏压达到一定值时,偏压窗内会出现导电通道,系统电流增大;偏压较大时,系统电流的振幅增大,其主要原因是由于某些导电能级的振荡行为,瞬时进出偏压窗而导致,最终电流随时间也表现出小幅振荡。分子长度也是影响系统输运性质的因素,我们还讨论了链长对噻吩瞬态输运的影响。发现在一定偏压内,体系的稳恒流随着链长的增大而减小,这是由于链长较长的共振能级更接近偏压窗,电-声耦合的作用增加了晶格原子对电子的散射作用,因此电流较小;随着偏压的增大,电流出现较大幅度的上升,随后出现电流平台,所选的链越长,会较早的出现平台,并且平台的高度会降低,这是由于体系的最低未占据轨道和最高占据轨道进入偏压窗内,而其它能级未进入偏压窗内,同时当达到共振能级时,电-声耦合的影响最大,晶格对电子的散射作用最强,因此电流平台下降。最后讨论了异质硫原子两侧的碳原子-碳原子之间电子跃迁t_Δ~S对聚噻吩瞬态输运性质的影响,发现t_Δ~S取0eV时,电流猛增的现象出现的比较晚,大约在1.8V,此时晶格呈现比较规则的二聚化状态,并且没有透射峰进入偏压窗内,因此电流较小;随着偏压的增大,异质硫原子在一定偏压范围内会抑制体系稳恒流的大小,这是由于随着t_Δ~S的增加,跃迁能量增大,系统达到稳恒流的值随之越小。
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O561
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，本文编号：1323063
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