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在传统观念上,有机材料是以碳原子为基础的绝缘体,通常不具备光、电、磁等导体或者半导体的性质。20世纪70年代末,Alan J. Heeger等发现了导电高分子,孕育并开辟了有机电子学这一新兴学科领域,并因此获得了2000年诺贝尔化学奖。至此,有机材料的光、电、磁性质逐渐开始被人们认识,同时他们在各种电子器件中的应用也得到了研究者们的青睐。近十几年来,基于传统无机半导体的电子材料和器件不断的发展成熟和广泛的应用之后,人们对有机材料的认识更近了一步,有机共轭聚合物作为一种新型的功能材料,除了具有成本低、易加工、柔性好等优点之外,还具有丰富的电学、光学及磁学性质,被广泛应用于有机电子学、有机分子电子学和有机自旋电子学等领域.自90年代初发现共轭聚合物材料可以实现电致发光以来,人们对共轭聚合物的电致发光性质进行了大量的研究。基于有机共轭聚合物的有机光电子器件如有机发光二级管(OLED)、有机场效应晶体管(OFET)和有机光伏电池(OPVC)等具有极大的商业前景越来越受到人们的重视。 聚合物理论模型的建立经历了一个不断修改和完善的过程。1979年苏武沛(W. P. Su)等人建立的SSH模型对有机聚合物进行研究推动了有机聚合物理论的发展。SSH模型只考虑了电子-晶格相互作用并没有考虑电子-电子相互作用。考虑电子电子相互作用后,体系就变成了多体问题,处理起来很麻烦。鉴于有机聚合物材料的能隙比同一格点上的电子排斥势能大的多,这个体系不是强关联体系,因此,可以结合SSH模型和Hubbard模型,采用Hartree-Fock近似处理电子电子之间的相互作用。近年来人们发现电子关联对聚合物中的电子态和载流子性质有很大的影响,进而影响聚合物材料的功能特性。Zhao首次推导出了长程关联哈密顿量和长程关联能的解析公式,这对于电子关联的研究有重要意义。 孙鑫院士在2000年发现了价带顶的一个电子受到光激发跃迁到导带低上,形成的电子—空穴就会引起体系晶格结构畸变而形成自陷束缚激子,它的极化率是正的,当激子再吸收一个光子形成双激子态时,系统的极化率发生反转,这种现象称之为极化反转(PIPI)。这是一种非常有趣的物理现象,不仅在基础研究上有很大的研究价值,而且在技术上也有潜在的应用价值,可以开发具有负极化率的新型功能材料和超快的量子开关器件。目前,已经发现高分子聚合物中,具有极化反转行为的分别是双激子、单极化子的激发态和高能激子。但是,双激子态极不稳定,其寿命只有10-10s,这种激发很难控制和观察,因此研究那些因素可以影响激子和双激子的极化率是很有价值的。 本文主要研究的问题和结论如下: (1)第三章研究了长程电子关联对有限长聚合物中激子极化性质的影响。研究的对象为顺式聚乙炔,有限长链下在SSH模型的基础上考虑电子-电子相互作用采用Hartree-Fock近似并加上长程电子关联,主要研究长程电子关联对激子的束缚能、电荷密度、线性极化率和三阶非线性极化率的影响。通过计算发现:长程电子关联效应使激子的束缚能降低,更容易被解离成其他的准粒子;发现电子电子相互作用使激子线性极化率(1)xx?和三阶非线性极化率(3)xxxx?的降低,而长程电子关联的作用更进一步降低(1)xx?和(3)xxxx?。 (2)在第四章研究了长程电子关联对有限长聚合物中双激子极化性质的影响。研究了在外电场下高分子中的双激子,发现长程电子关联效应增加了双激子的束缚能、双激子晶格的局域性和双激子的反向极化程度,使得双激子的稳定性增加,难以解离成荷电相反的双极化子;在外电场不变的情况下,增加V的取值,发现双激子的反向极化程度不断的增加、电荷转移量成线性的增加、电偶极矩成线性的减小,而线性极化率却先增大后减小,在V=0.0950 eV时具有最大的线性极化率。在增加外电场时,发现双激子没有解离前,电子-电子相互作用和长程电子关联效应都增大线性极化率和电偶极矩,双激子解离成正负双极化子后,电子相互作用和长程电子关联效应降低线性极化率,但是增加电偶极矩;电子-电子相互作用和长程电子关联都可以增加双激子的三阶极化率。