有机分子半导体的非局域电声子耦合：声子色散与二阶电声子相互作用的影响

It has been shown in recent that the nonlocal electron-phonon (e-ph) coupling mechanism plays an important or even dominant role in the determination of the electronic and electrical (charge-transport) properties in organic semiconductors. However, it is currently lack of reliable methods to estimate the nonlocal e-ph couplings. This project aims to develop an accurate method to evaluate the nonlocal coupling through going beyond the Г-point approximation and considering phonon modes spanning the entire Brillouin zone of the crystal (namely, full phonon dispersion). We also surpass the linear-coupling mechanism and investigate the effect of the quadratic nonlocal e-ph interaction.

最近的研究表明非局域电声子耦合对有机半导体的电子和电学（电荷传输）性质起着重要甚至主导的作用。然而，目前对非局域电声子耦合还缺少全面可靠的计算方法。本项目拟突破Г点近似，考虑晶体整个布里渊区的声子（即完整声子色散），来精确计算非局域电声子耦合；还将超越线性耦合机制，研究二阶非局域电声子相互作用的影响。

有机半导体电荷传输由电子耦合和电-声子耦合之间相互作用决定。电-声子耦合包括局域和非局域耦合。本项目聚焦于非局域电-声子耦合的精确计算及其对有机半导体电荷传输的影响。项目取得以下主要研究进展：.（1）全面揭示声子色散对非局域电-声子耦合的影响。计算表明，为了消除虚频声子模式获得正确完整的声子色散谱，需要大小合适的超晶胞。只考虑布里渊区中心声子模式的计算会低估总体的非局域电-声子耦合。不论是电子还是空穴载流子，低频的声学声子对非局域电-声子耦合具有重要的贡献，可比于光学声子的贡献，这对理解温度依赖的电荷载流子迁移率非常重要。.（2）研究了系列有机单晶半导体的非局域电-声子耦合及其对电荷传输的影响。发现非局域电-声子耦合有助于平衡卤素取代蒽嵌蒽醌体系的电子和空穴传输的电子耦合，实现双极性传输。提出有机给-受体交替堆积体系超交换传输电子耦合的普适计算方法，实现定量计算超交换传输的非局域电-声子耦合，发现其相比电子耦合强度较弱，对电荷传输影响很小。.（3）以典型有机光伏给体和受体材料为代表，研究了有机薄膜半导体的非局域电-声子耦合及其对电荷传输的影响。计算表明非局域电-声子耦合与电子耦合相当、甚至更大，对薄膜电荷传输具有重要贡献，可导致迁移率成倍增大。