一維周期鏈有機磁性超晶格中的電子關聯(lián)和極化子問題研究.pdf

1、一維周期鏈有機磁性超晶格中的電子關聯(lián)和極化子問題研究⑧重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：劉中旺指導教師：趙鏵教授專業(yè)：凝聚態(tài)物理學科門類：理學重慶大學物理學院二O一二年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要摘要有機共軛聚合物作為一種新型的功能材料，越來越受到人們的重視。經(jīng)過近二三十年大量研究發(fā)現(xiàn)，聚合物材料不但具有金屬和半金屬性質(zhì)，可以作為導體和半導體，還具有其自身易加工，柔韌性好的特性。有機導電聚合物材料中的載流子不是傳統(tǒng)的電子或者

2、空穴，而是孤子、極化子、雙極化子等非線性原激發(fā)，對聚合物通過光誘導或者摻雜可以激發(fā)出這些原激發(fā)。其中只有中性孤子，和帶單個電子的單極化子有自旋，其它載流子沒有自旋。目前對具有準一維聚合物的特性，特別是其豐富的電、磁、光等特性已經(jīng)有了準確的了解，理論模型得到的結果和實驗測得結果比較吻合。聚合物理論模型的建立經(jīng)過了一個不斷改進的過程。蘇武沛(WPSu)等人建立的SSH模型對有機聚合物的研究做出了巨大的貢獻，為了研究非簡并基態(tài)聚合物和計入電子

3、電子相互作用的影響，在原來SSH模型基礎上形成KSSH模型以及擴展的SSH模型。近年來人們發(fā)現(xiàn)電子關聯(lián)對聚合物中的電子態(tài)和載流子性質(zhì)有很大的影響，進而影響聚合物材料的功能特性。Zhao首次推導出了長程關聯(lián)哈密頓量和長程關聯(lián)能的解析公式，這對于電子關聯(lián)的研究有重要意義。近年來隨著巨磁電阻和隧道磁電阻的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)了對磁存儲和磁記錄的革命，并由此產(chǎn)生了圍繞自旋輸運、注入、控制的全新的學科——自旋電子學。由于有機半導體材料具有超精細相互作用和弱

4、的自旋軌道耦合，所以其自旋擴散長度比較長，因而是實現(xiàn)自旋極化、輸運的理想候選材料。研究有機自旋電子學對了解有機材料的物理性質(zhì)，探討其功能和應用價值具有深刻的意義。有機半導體材料和無機半導體材料中的載流子具有本質(zhì)的區(qū)別，其載流子不是傳統(tǒng)的電子或空穴，而是孤子、極化子、雙極化子，且只有中性孤子和單極化子攜帶自旋。關于有機物中極化子和雙極化子穩(wěn)定性的問題，一直存在爭議。本文主要研究的問題和結論如下：(1)研究的對象為反式聚乙炔，周期條件下在S

5、SH模型的基礎上考慮電子電子相互作用和長程電子關聯(lián)，主要研究長程電子關聯(lián)對聚合物的電子態(tài)和極化子位形的影響。通過計算我們發(fā)現(xiàn)：和沒有考慮長程電子關聯(lián)相比，極化子位形變小，極化子區(qū)域展寬；長程電子關聯(lián)使極化子區(qū)域電荷密度振蕩減弱；通過對電子極化子和空穴極化子關聯(lián)能的計算我們發(fā)現(xiàn)，電子極化子關聯(lián)能比基態(tài)時關聯(lián)能大，而空穴極化子比基態(tài)關聯(lián)能小。(2)在第四章中采用了經(jīng)典的鐵磁／聚合物／鐵磁“三明治”結構，研究聚合物中影響電荷注入和自選極化的因