对有机磁电阻中洛伦兹效应的理论研究

In recent years,the magnetic field effect has been found in non-magnetic devices. When applied a weak magnetic field (<100mT), an magnetic field effect about 10% can be found under room tempearture, also this is dependent on the thickness of the organic layer and the bias. As its peculiar characteristic for organic materials,now, organic magnetic field effect is a hot issue for physicist,chemist and materials scientist. Unfortunately, the mechanism of this effect has not been gotten with one voice. As we all known, not only the Zeeman effect, the magnetic field can also interact with the carriers through Lorentz effect to change the momentum. In this proposal, we will theoretically investigate microscopic dynamic process under magnetic field based on the field-induced hopping theory in order to give the mechanism of organic magnetic field. In this process, we will pay close attention to the peculiarity of organic materials, to find the relationship between the molecular structures and the magnetic field effect. This project is expected to give the intrinsic mechanism of this peculiar magnetic field effect and to give theoretical direction in the design of new organic materials with stonger magnetic field effect.

近年来，人们在不含有任何磁性元素的有机器件中，发现通过施加弱磁场（<100mT），有机器件室温下可出现10%以上的磁效应，其大小和正负与有机层的厚度以及外加偏压有关。由于该现象在无机器件中很难出现，有机磁效应很快受到物理、化学、材料和电子学界的广泛关注。但目前理论上对其内在机制并没有统一的解释。我们知道磁场不仅可通过塞曼效应与载流子的自旋产生作用，而且也可以通过洛伦兹效应与载流子的电荷产生作用，从而改变载流子的动量。本申请书将主要根据"磁致跃迁"机制，理论探究有机材料内载流子的微观动力学过程是如何受磁场调控的，并以此解释有机器件磁效应的产生机制。研究中我们将紧紧抓住有机材料的特点，找到有机分子结构与磁效应的关系，以期解释这种独特的磁效应仅在有机材料中产生的原因，并为实验中设计具有较强磁效应的有机分子提供理论指导。

本项目主要研究了近年来出现在有机自旋电子学中的一种新现象——有机磁电阻。其主要表现为弱磁场、强响应、多样化，对其物理机制的探究也吸引了大批物理学工作者的兴趣。本项目以解释有机磁效应的产生机制为目的，以“磁致跃迁”机制为基础，抓住有机材料的特点，分别从其独特的载流子特效和分子结构出发，研究加入磁场后分子结构与分子间跃迁积分的改变之间的关系，以及由此导致的器件发光性能的改变。目前为止，本项目取得的研究结果包括：建立了包含磁场作用在内的一维SSH模型，给出磁场、磁致跃迁积分与分子结构对称性之间的关系；通过计算提出了磁场的引入改变了载流子波函数相位的观点，并分析了相位的改变分别再单个载流子运动和两个载流子碰撞中的作用。目前，人们对有机磁效应的产生机制大多是从自旋角度出发，基于磁场—自旋间的赛曼作用。本项目的实施从电荷的角度出发，基于磁场—电荷间的洛伦兹作用，从磁场改变载流子动量的思路来解释有机磁效应。为人们更准确、深入的理解有机磁效应的产生机制进行了有意义的探索。但非常遗憾的是，虽然经过三年多的努力，我们也取得了一定的成果，相关结果也已成文，但投稿过程不顺利，说明我们的结果并没有得到相关同行的认可，目前没有取得正式发表的文章。这也需要我们进一步完善我们的理论，争取早日得到同行的认可，并取得正式成果。