有机半导体自旋弛豫与电流极化现象研究

有机自旋电子学是研究有机功能材料及其相关器件中的自旋产生、演化、传输、消灭等现象的科学。有机自旋阀的实验实现大大推动了有机自旋电子学的发展。在自旋的注入、演化过程中，自旋弛豫和电流极化现象的研究是最基本的课题之一，对进一步深化理解有机自旋电子学以及构建有机功能器件都有非常重要的意义。我们拟采用紧束缚近似结合非平衡态格林函数方法对有机半导体中的自旋弛豫和退相干、电流极化的演化作系统的研究。研究内容包括：研究共轭聚合物链和有机小分子膜内部自旋弛豫和退相干受到自旋轨道耦合、超精细相互作用等的影响，讨论偏压、磁性杂质、外加磁场等对电流极化的影响。这些研究将深化对有机自旋电子学的认识，为有机自旋电子学功能器件的发展有重要的理论指导和帮助。

本人负责承担的基金委资助课题《有机半导体自旋弛豫与电流极化现象研究》，执行时间为2010.1-2012.12. 现已完成课题计划书中的研究内容。本课题主要研究了有机半导体自旋弛豫过程、电流极化现象以及聚合物光激发、分子器件电荷输运等相关问题。本课题的资助不但培养锻炼了青年教师和博、硕士研究生，也取得了一定的研究成果。在基金资助下取得的工作成果为：发表SCI学术论文8篇（其中一篇已接受但尚未正式出版），影响因子大于3的3篇；合作写作专著一部《有机固体物理》（科学出版社2012年出版）；协助培养博士研究生3人，硕士研究生1人；参加国际学术会议4人次，国内学术会议4人次；邀请国外专家讲学及学术交流2人次。. 本课题主要针对有机半导体中的自旋相关的演化过程和输运性质，以及与之相关的内容如聚合物的光激发、分子器件电荷输运等作了研究。首先，我们基于有机半导体的特点，建立了振动分子的耦合极化子对模型，研究温度引起的耦合极化子对的自旋弛豫现象，并讨论了此弛豫过程对于有机磁电阻效应的影响；基于反共振散射效应，构建一个量子点耦合构成的链，在链的其中一个量子点上耦合磁性杂质，可以在整个链上产生自旋极化的电流；我们还基于扩展的SSH模型，通过对PPV分子施加飞秒的脉冲电场模拟光激发，计算了聚合物激子和双激子等准粒子的激发过程和产生率。对于给体-受体聚合物异质结构的界面处的激发我们也作了研究，异质结上的能量偏移会影响电荷转移态的演化性质；非平衡态格林函数方法结合密度泛函理论是研究分子器件输运性质的有力工具。分子器件的研究对于发展新一代电子学器件有重要意义。我们在基金资助下研究了分子器件的整流现象，揭示了偶极矩、电子-晶格耦合系数、电极联接以及碳链中碳原子数的奇偶性等因素在分子整流中所起的作用；最后，我们还研究了受环境影响的量子点纳米结构中几何相的性质。