利用含时波包扩散方法研究有机聚焦集体中激子的动力学行为
对于复杂分子系统中，载流子量子动力学过程一直是量子输运领域研究的热点和难点之一，特别是有机聚集体内载流子传递过程的探索不仅对基础科学研究具有重要的意义，还对有机光伏器件的设计和开发具有很强的指导作用。由于有机聚集体中较强的电-声相互作用，使得传统的基于能带模型和Marcus理论的输运理论都不能够很好地描述有机半导体中载流子的输运过程。在本论文中，针对以上所提及的问题进行了积极的理论探索。其主要内容包括:1.一维含时波包扩散方法理论及应用。2.电子-空穴表象下含时波包扩散方法及其对热电子-空穴对解离和能量弛豫过程的研究。3.考虑了Frenkel和电荷转移激子间相互作用的含时波包扩散方法。 首先，为了解释有机聚集体中载流子从相干运动到跳跃运动的转变，我们简要的介绍了在涨落环境下含时波包扩散方法的推导过程，然后利用这一方法对一系列模型和有机半导体分子的载流子动力学过程进行了探索，并成功地观测到了载流子从相干运动到跳跃运动的转变。除此之外，通过对非对称Spin-Boson模型的测试，数值结果表明改进的方法满足细致平衡原理，可以准确预测非对称体系的载流子动力学过程。 在有机太阳能电池中，激子动力学过程扮演了十分重要的角色。我们将含时波包扩散方法拓展到包含两个相互作用粒子的情况来研究有机光电材料中的电子、空穴以及热激子的解离与输运过程。数值结果证明，虽然激子额外的能量能够帮助电子-空穴对克服库伦相互作用提高激子的解离效率，但是激光的脉冲宽度对激子解离效率起重要作用。为了解释这一现象，我们将这一结果同载流子的相干过程进行比对，发现退相干过程在电子-空穴对的分离过程中起着关键作用。这些结论对于理解目前的超快实验的结果大有帮助。 通过以上的研究表明，含时波包扩散方法可以有效模拟有机聚集体中载流子的动力学，特别是激子的运动和解离过程。最后，期望将这一方法拓展到包含光子的情况，进而可以完整地模拟有机太阳能电池的激子动力学过程以及光的相干性对激子运动的影响。
有机半导体;载流子;动力学;含时波包扩散方法
厦门大学
博士
物理化学
赵仪
2015
中文
TN304.5
104
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）