1、共軛聚合物是一種新型的功能材料,既有金屬和半導(dǎo)體的電子特性,又有聚合物的易加工、柔韌、價(jià)格低廉等特點(diǎn),因而成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。近20年來(lái),許多基于共軛聚合物的光電器件已經(jīng)從單純的實(shí)驗(yàn)興趣轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d的實(shí)用技術(shù)。目前,人們已經(jīng)研制出各種各樣的有機(jī)光電了器件,如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、場(chǎng)效應(yīng)管、光伏電池等。
　　 由于存在強(qiáng)的電子-聲子耦合作用,聚合物中的載流子不再是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中的電子和空穴,而是孤子、極化子和雙極化子等由電

2、荷和品格耦合在一起的自陷態(tài),除此之外,還存在激子、雙激子等非線性元激發(fā),這些準(zhǔn)粒子在聚合物中的運(yùn)動(dòng)具有豐富的物理過(guò)程。對(duì)于單個(gè)孤子、極化子和雙極化子在聚合物鏈中的運(yùn)動(dòng)人們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究,取得了一系列研究成果。對(duì)于帶相反電荷的正、負(fù)極化子相遇時(shí)相互俘獲形成激子的過(guò)程,人們更是給予了極大的關(guān)注,發(fā)展了一系列方法去進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)的研究。
　　 以共軛聚合物為基的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、場(chǎng)效應(yīng)管、光伏電池等的電、磁、光的性質(zhì),

3、由各種非線性元激發(fā),如孤子、極化子、雙極化子以及激子和雙激子等在外場(chǎng)作用下的輸運(yùn)、散射與復(fù)合決定,因此,研究孤子、極化子、雙極化子以及激子和雙激子等的輸運(yùn),進(jìn)而研究極化子和激子、雙極化子和激子、極化子和雙極化子的之間的散射復(fù)合等過(guò)程顯得尤為重要,但是目前人們對(duì)這些過(guò)程的研究還非常少。因此,我們希望通過(guò)著重研究這些元激發(fā)間的散射、復(fù)合過(guò)程,弄清楚這些過(guò)程中體系的電子態(tài)如何演化,它們散射、復(fù)合后的產(chǎn)物是什么,以及這些產(chǎn)物對(duì)聚合物的輸運(yùn)、發(fā)光

4、等性質(zhì)有何影響。
　　 分子動(dòng)力學(xué)方法已經(jīng)被廣泛用來(lái)研究聚合物中載流子的輸運(yùn)和正、負(fù)極化子的散射、復(fù)合等過(guò)程,并證明是一種非常有效的方法。本文我們?cè)诰o束縛近似的基礎(chǔ)上,采用非絕熱的分子動(dòng)力學(xué)方法,通過(guò)建立合適的模型,分別模擬了雙極化子和激子、極化子和激子以及極化子和雙極化子的散射過(guò)程,得到了一些有意義的結(jié)果。
　　 1.雙極化子和激子的散射復(fù)合過(guò)程
　　 通過(guò)對(duì)Su-Schrieffer-Fteeger(SSH)

5、模型哈密頓進(jìn)行修正,使其包括電場(chǎng)作用項(xiàng),利用非絕熱的分子動(dòng)力學(xué)方法,我們模擬一個(gè)帶負(fù)電的雙極化子和一個(gè)激子的散射過(guò)程。結(jié)果表明,當(dāng)雙極化子和激子相遇時(shí),主要有兩個(gè)反應(yīng)通道:(1)雙極化子把一個(gè)電子轉(zhuǎn)移給激子,結(jié)果是激子轉(zhuǎn)變成激發(fā)念的極化子,同時(shí)雙極化予變?yōu)闃O化子；(2)雙極化子把攜帶的全部電荷轉(zhuǎn)移給激子,結(jié)果激子轉(zhuǎn)變成雙極化子,而雙極化子變?yōu)榧ぷ印Ｎ覀兺ㄟ^(guò)把體系的演化波函數(shù)投影到本征波函數(shù)上的方法計(jì)算了這兩個(gè)通道的幾率,發(fā)現(xiàn)小電場(chǎng)下,第

6、一個(gè)通道的幾率大約為50％,第二個(gè)通道大約為25％。較強(qiáng)電場(chǎng)下,第一個(gè)通道的幾率大約為60％,第二個(gè)通道大約為20％。
　　 雙極化子和激子復(fù)合可以形成一個(gè)極化子和一個(gè)激發(fā)態(tài)的極化子是我們本工作的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。而激發(fā)態(tài)的極化子是可以通過(guò)輻射躍遷回到基態(tài)的,這表明雙極化子和激子的散射過(guò)程對(duì)聚合物的發(fā)光效率會(huì)產(chǎn)生一定影響。
　　 2.帶相反電荷的極化子和雙極化子的散射復(fù)合過(guò)程
　　 基于SSH哈密頓,同時(shí)考慮了電場(chǎng)和

7、電子-電子相互作用對(duì)SSH哈密頓的修正,采用非絕熱的分子動(dòng)力學(xué)方法模擬一條聚合物鏈中一個(gè)帶負(fù)電的極化子和一個(gè)帶正電的雙極化子的散射過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)外電場(chǎng)小于某一臨界電場(chǎng)時(shí),極化子和雙極化子的反應(yīng)主要有三個(gè)通道:(1)極化子和雙極化子之間不發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移,但它們復(fù)合形成一個(gè)較大的品格缺陷,稱(chēng)之為“荷電激子態(tài)”；(2)將通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合形成一個(gè)帶正電的激發(fā)態(tài)的極化子；(3)束縛在極化子晶格缺陷中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶形成自由電荷。當(dāng)外電場(chǎng)大于臨

8、界電場(chǎng)時(shí),極化子和雙極化子將彼此穿越對(duì)方而不發(fā)生反應(yīng)。
　　 與雙極化子和激子的散射過(guò)程相同,極化子和雙極化子散射后的產(chǎn)物中也存在激發(fā)態(tài)極化子。同樣,激發(fā)態(tài)的極化子可以通過(guò)釋放一個(gè)光子回到基態(tài),因此極化子和雙極化子的散射也會(huì)對(duì)聚合物的發(fā)光效率產(chǎn)生影響。
　　 3.極化子和三重態(tài)激子的散射過(guò)程
　　 基于SSH哈密頓,同時(shí)考慮電場(chǎng)和電子-電子相互作用對(duì)SSH哈密頓的修正,采用非絕熱的分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了極化子和三重

9、態(tài)激子之間的散射過(guò)程。計(jì)算表明,極化子和三重態(tài)激子的散射過(guò)程與它們的自旋有很大關(guān)系:(1)當(dāng)極化子和激子的自旋平行時(shí),它們之間存在微弱的排斥力,但在外電場(chǎng)的作用下,極化子可以很容易的穿越激子；(2)若極化子和激子的自旋反平行,相比前一種情況,它們之間的排斥力很強(qiáng)。小電場(chǎng)下極化子碰到激了時(shí)被彈開(kāi)。若電場(chǎng)較強(qiáng),極化子也可以穿越激子,但是當(dāng)電子-電子相互作用取得較強(qiáng)時(shí),極化子將不能穿越激子,而是解離。分析表明,由于極化子的束縛能遠(yuǎn)比激子的束縛

10、能小,所以在各種情況下,極化子均不能通過(guò)碰撞使激子解離。
　　 綜上所述,極化子很難和激子發(fā)生反應(yīng),這主要是由于極化子和激子的能級(jí)差較大有關(guān)。較大的能級(jí)差使得電子在它們之間的轉(zhuǎn)移很困難,因此很難有新的準(zhǔn)粒子生成。另外較大的能級(jí)差也說(shuō)明它們之間的束縛能較大,這樣就導(dǎo)致極化子在和激子的碰撞過(guò)程中總是先于激子解離。這些結(jié)果意味著在聚合物中三重態(tài)激子主要是與雙極化子發(fā)生反應(yīng)而不是極化子,這有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
　　 我們首次從