Reverse polarization of a high-energy exciton in conjugated polymers

共轭聚合物是一类有机聚合物，由于其具有交替的单双键结构，因此具备了导电性能。在共轭聚合物中，高能激子的反向极化现象是近年来物理学、化学和材料科学交叉领域中的一个研究热点。为了深入理解共轭聚合物的物理性质，研究者们常常采用各种理论模型和实验方法对这些材料的电子行为进行分析。 在此项研究中，解士杰、高琨、李晓雪等人采用了扩展的一维紧束缚Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型来探究共轭聚合物中高能激子的极化特性。SSH模型是一种用于描述一维电子结构的理论模型，它能够较好地解释共轭聚合物中的电荷传输和激发态特性。在该模型基础上，研究者们发现，在外加电场的作用下，高能激子会呈现出反向极化的现象，并对此现象背后的物理机制进行了分析。 极化是指电偶极矩的产生或变化，通常与材料在外电场中的响应相关。在共轭聚合物中，高能激子的极化特性是指激子（即电子与空穴的束缚态）在外加电场作用下重新取向或其电偶极矩发生变化的行为。高能激子在没有外部电场或者电场较弱时，其极化方向通常是负的，但是随着外加电场强度的增加，当电场超过一个临界值（称为临界电场EC）时，高能激子的极化方向会从负转为正，即产生所谓的反向极化行为。 研究者们通过对高能激子、双激子和激发态极化子的极化行为进行比较，发现高能激子的反向极化效应在数值上显然大于双激子或激发态极化子的极化效应。这一现象表明，通过高能光激发，有可能在有机聚合物中实现反向极化。 共轭聚合物被应用于多种光电子器件中，例如有机发光二极管（OLED）和有机太阳能电池，同时也在新型的自旋依赖设备中有所应用，如有机自旋阀。与传统的半导体相比，共轭聚合物具有更强的电子-晶格相互作用，并且它们的晶格结构（键）可以通过电荷注入或光激发轻易扭曲，形成自陷激子、极化子等基本激发态。这些基本激发态在有机光电子和自旋电子设备中扮演着重要角色。 本研究对于共轭聚合物的基础物理性质及其激发态特性的理解提供了新的视角，尤其是在高能光激发下实现反向极化的可能性，这为未来的器件设计和材料开发提供了理论依据和实验指导。通过深入研究，人们未来可以探索利用这种效应来提升光电子器件性能或者研发新型功能材料。