n型掺杂单共轭聚合物中的极化子超晶格

《Nature Nanotechnology》：Polaron superlattices in n-doped single conjugated polymers

准一维极化子超晶格在重掺杂单聚多乙炔中形成，通过扫描隧道显微镜、原子力显微镜和尖增强拉曼光谱联用技术，结合第一性原理密度泛函理论，揭示了电子-振动耦合的周期性晶格畸变，证实多带电荷密度波特性与掺杂水平相关，为有机半导体极化子输运机制提供微观理论支撑。

　　

摘要

在高掺杂水平下，多个极化子的存在涉及复杂的多体相互作用，这些相互作用显著影响各种材料的电子性质和传输特性。确定耦合的电子态和振动态的空间分布对于在微观层面上理解极化子的相互作用至关重要，但仍然是一个挑战。本文报道了在高度n掺杂的单乙烯键合聚戊并苯中电子极化子结晶成准一维极化子超晶格的过程。我们结合使用积分扫描隧道显微镜、原子力显微镜和尖端增强拉曼光谱技术，以及第一性原理密度泛函理论，来关联电子、振动和结构信息。观察到的极化子超晶格表现出不同的周期性，这取决于掺杂水平。它们的实空间极化子波函数由与周期性晶格畸变相关的电子和振动周期性调制决定，这些畸变通过原子力显微镜得以解析。由此我们可以识别这些超晶格中相互作用极化子的多带电荷密度波特性。我们的发现为极化子的相互作用提供了微观层面的见解，这对于理解有机半导体中的极化子电荷传输机制非常重要。