有机光电器件中的磁场效应和结构设计

室温强磁效应是有机（自旋）电子学近年来的一个重大发现，其特点是弱磁场、强响应。目前对其机理的解释并没有达成一致，是自旋相关的塞曼作用重要，还是电荷相关的洛伦兹作用重要？氢核自旋的超精细相互作用是否起重要作用？温度效应如何克服?等等。本申请书将侧重动态输运过程，抓住有机的特点，采用模型和DFT相结合的方法，利用漂移-扩散理论和自旋动力学理论等，研究有机半导体内的自旋结构、电极/有机界面结构，通过计算磁场存在情况下，极化子自旋弛豫、单态（三态）激子产率、自旋相关激子-极化子碰撞与转化、有机器件的磁电阻和动态输运性质等，揭示有机磁效应的深层次物理机理，提出改善有机半导体和器件磁效应的优化结构设计。特别发展我们最近提出的"磁致跃迁"机理，丰富有机磁效应的物理内涵。该项研究对于外（磁）场调制有机光电器件的应用与开发具有重要的指导意义。

自从上世纪七十年代末导电高分子被发现以来，有机小分子和高分子的电磁光特性逐渐被发掘和应用。室温强磁效应是有机（自旋）电子学近年来的一个重大发现，其特点是弱磁场、强响应。目前对其机理的解释并没有达成一致，是自旋相关的塞曼作用重要，还是电荷相关的洛伦兹作用重要？氢核自旋的超精细相互作用是否起重要作用？温度效应如何克服?等等。本项目中，我们从宏观扩散理论、跃迁理论和量子动力学理论，全方位研究了磁场对有机期间输运和光特性的影响。研究侧重动态输运，抓住有机的特点，深入有机半导体内的自旋结构、电极/有机界面结构，通过计算磁场存在情况下，极化子自旋弛豫、单态（三态）激子产率、自旋相关激子-极化子碰撞与转化、有机器件的磁电阻和动态输运性质等，揭示出有机磁效应的深层次物理机理，提出改善有机半导体和器件磁效应的优化结构设计。主要成果包括（1）提出电荷-磁场相互作用是产生有机磁电阻的主要原因之一；（2）提出自旋相关跃迁图像，发展了主方程理论；（3）证实了超精细相互作用对有机磁电阻的影响，并预言了维度效应；（4）预言了一些理论结果，有待实验的进一步证实。所有这些研究使我们较全面地理解了有机磁场效应这一复杂现象，为我们设计高性能有机功能器件提供了理论依据和参考。