能带结构提供了有关有机半导体中电荷传输行为的关键信息,例如有效质量、转移积分和电子-声子耦合。尽管在 1990 年代就发现了价带(最高占据分子轨道 (HOMO))带结构,但尚未通过实验观察到导带(最低未占据分子轨道 (LUMO))。近日,日本千叶大学Hiroyuki Yoshida,筑波大学Hiroyuki Ishii等采用角分辨低能逆光电子能谱来揭示并五苯(一种典型的高迁移率有机半导体)的 LUMO 能带结构。
本文要点:
1)研究表明,从 LUMO 导出的传输积分和带宽远小于密度泛函理论计算预测的值。
2)为了重现这种带宽压缩,作者提出了一种改进的(部分修饰的)极化子模型,该模型解释了电子与低频分子内振动模式之间的耦合。
3)该模型不仅定量地再现了转移积分,还定量地再现了与温度相关的 HOMO 和 LUMO 带宽,以及空穴和电子迁移率。
研究结果表明,高迁移率有机半导体中的电子迁移率确实受到极化子形成的限制。
Haruki Sato, et al. Conduction band structure of high-mobility organic semiconductors and partially dressed polaron formation. Nat. Mater., 2022
DOI: 10.1038/s41563-022-01308-z