一维电声系统的动力学和相图研究

许多准一维电子材料，如导电聚合物，都是典型的强关联电声系统，既有较强的电子关联，又有很强的电-声相互作用。一方面由于较强的电子关联导致低激发态次序改变，使其光吸收、发光等性能定性不同，另一方面由于强电-声相互作用，电子的激发会产生晶格的畸变，从而导致各种自陷元激发（激子，极化子等）的产生。因此，导电聚合物中载流子的生成、输运不同于传统的金属和无机半导体。从理论上研究高聚物中载流子的输运过程对这些材料和器件的设计、制作和应用有着明确的指导意义。本项目（1）拟采用时间依赖的密度矩阵重整化群方法对有机光电器件中的发光机理进行研究，阐明有机光电器件中载流子的生成、输运、复合等动力学过程过程。（2）探索低维关联系统的量子相变和相图；（3）通过单粒子激发谱函数的计算，理解和认识低维电子材料的电子结构及其形成机理。

有机材料作为新型的光电功能材料，具有可选择性强、成本低、制备简单等独特的优点。 与无机材料不同，具有π电子的共轭键结构和电子间的库仑相互在电荷输运、光电转换等过程中共同作用，由此产生一系列新颖的光电现象。一旦考虑库仑相互作用，这就是一个多体相互作用的系统，我们首先发展了时间依赖的密度矩阵重整化群方法（time-dependent density-matrix-renormalization-group, t-DMRG），使之可以应用于关联电声系统。利用t-DMRG方法，我们研究了电子关联效应对各种载流子在电荷输运和光电转换过程中的作用，特别是从最基本的物理过程来理解光致载流子产生的机理、正负极化子对的复合、激子有效拆分的途经和机制等。我们发现（1） 电子关联抑制极化子的运动，但是对于双极化子，电子关联先增强再抑制其运动。（2）利用极化子自旋和侧基间的自旋交换，可以实现量子信息的传递。（3）电子关联有利于电子孤子和空穴孤子之间的电荷交换，并且定量的计算了电荷的复合率。（4）在纯净的共轭聚合物中，解体激子需要非常大的电场，但是在杂质的作用下，解体激子所需要的电场可以非常有效的减小，从而适当的掺杂可以有效的提高光电转换效率。另一方面，量子相变的研究一直是理论研究的热点。利用密度矩阵重整化群(density matrix renormalization group, DMRG)、精确对角化(exact diagonalization, ED)、团簇变分等(variational cluster approach, VCA)方法，我们研究了一维和二维强关联模型中的一些尚有争论的问题。我们发现（5）在二维的Hubbard模型中加入次近邻相互作用t’,会产生Pomeranchuk不稳定性。（6）在二维的Ionic-Hubbard模型中，存在一个能量更低的bond-located spin density wave(BSDW)相。（7）在引入弹性晶格后，自旋1/2的Heisenberg ladder模型随着垂直方向的自旋关联变化会产生一个从Columnar到Rung Singlet和Columnar到Haldane相的相变, 我们发现这两个相变与晶格弹性常数K之间都呈指数关系。