有机电子学中的非平衡输运问题

1、有机电子学中的非平衡输运问题摘要：ssh模型结合非平衡格林函数方法可以用来研究有机半导体自旋器件中自旋相关的电荷输运。本文用能级穿插解释了有机电子装置中偏压导致绝缘体-金属相变，理论研究也再现了一系列的实验现象。关键词：有机电子学ssh非平衡输运问题一、引言近几年对有机纳米构造中的非平衡输运的理论研究已迅速开展起来，特别是将非平衡格林函数negf方法同密度泛函理论dft相结合的dft+negf方法从物理和化学的角度解释了很多实验现象。但是该方法对负微分电阻和双稳态导电开关效应的解释一直未能令人满意，究其根源来自于dft只能给出系统基态的性质，而这两种实验现象那么和系统的激发态相关。基于这一思想

2、，研究负微分电阻和双稳态导电开关效应等新现象可以采用可以很好描绘有机体系元激发性质的su-shrieffer-heegerssh模型同negf结合的计算方法ssh+negf。计算结果合理地解释了相关的实验现象，并在一定程度上预言了有机自旋电子学可能的新物理现象，主要包括：1偏压在有机形成的强电场会使有机体系的价带顶同导带底交叠，从而诱导绝缘态-金属态的相变，使得派尔斯相消失；2负微分电阻和双稳态导电开关效应都同非平衡极化子亲密相关，前者来自于自掺杂极化子的湮灭，后者那么来自于偏压导致的非平衡极化子的产生，负微分电阻效应更可以增强有机自旋阀构造的巨磁阻效应。二、有机电子学中的非平衡输运问题1、有

3、机电子学中偏压导致的绝缘体金属相变负微分电阻和双稳态导电s开关的发现，使得利用单个分子作为电器开关的分子电子学迅速开展起来。作为下一代可实用技术，分子电子学器件应呈现大的开关比50:1，且应是分子的内禀性质并具有可控性。人们为讨论导电开关机制提出了一系列模型，如：构形变化、电荷效应和极化子模型。然而，这些均不能很好解释实验中所观察到的分子开关中大的内禀开关比。下面为另一种可能的机制，导电开关中大的内禀开关比用偏压导致的派尔斯相消失以及能级穿插来控制。大多数分子器件都采用短链-共轭有机分子作为散射区材料，并制成“金属分子金属三明治构造。链式纳米尺度的有机分子属于有机半导体ses。有机半导体的主要

4、特性表现为派尔斯不稳定性，即电子声子eph强互相作用导致单双链交替，并在最高已占分子轨道h与最低未占分子轨道lu之间形成一个相对较大的能隙。无论散射区是由自下而上的单层自组装技术还是自上而下的光刻技术制成，派尔斯不稳定性很大程度上限制碳原子的电子，并使得有机半导体电导率较低。显然，非局域的电子将有助于进步有机半导体的导电性。要产生这种电子，一种方法是使非线性激发孤子或极化子作为电荷载流子，另一种方法是直接消除派尔斯相。升高温度可能会使得派尔斯相消除，从而导致绝缘体金属转变。利用时间偏压映射方法，可计算得到时金属/有机半导体/金属系统中扫描偏压与电流的关系图1。图中可清楚的看到滞后的导电开关性质

5、。体系中有机半导体层选取40个格点，长度大约为5n，这与实验材料尺寸一致。图1中包括了实验中所观测的特性：1一个明显的双稳开/关态，分别对应于开关比大于20：1的低/高电阻态；2电压为(4.5v)时，局域电流出现最大值，且电流与有机半导体的尺寸和金属有机半导体耦合大小呈非线性关系从几纳安到几微安；3开启电压(3.7v)处为高电流开关通的状态；4参加正向或反向偏压可得到重复开关和读数。图1中的插图为开启电压与有机半导体链长的非线性关系，这证明结果在不同尺寸的有机电子学器件中具有一般性。图1.有机半导体链长、线性扫描偏压比为且时金属/有机半导体/金属电子模型的扫描偏压与磁滞电流的关系2、有机自旋阀系统中电荷转移极化子诱导的负微分电阻在传统半导体二极管以及有机半导体se纳米构造中负微分电阻ndr的发现翻开了器件物理学的新篇章。受有机负微分电阻潜在应用的驱使，已研制成各种有机半导体电子器件并做了大量实验。一些可能的机制，如异质构造中带间隧穿或共振隧穿已被提出，但有机负微分电阻的物理机制仍然是一个理论的挑战。有机负微分电阻不仅由于电极/有机半导体/电极构造中的电荷转移，还由于有机半导体构造电子声子强耦合作用诱导的极化子。总之，ssh模型结合非平衡格林函数方法可以用来研究有机半导体自旋器件中自旋相关的电荷输运。本文用能级穿