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韩克利研究员课题组
 
——复杂分子体系化学动力学
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电荷迁移理论方法的研究取得新进展
   
近日,我所分子反应动力学国家重点实验室韩克利研究员和邓伟侨研究员等基于π堆积体系中电荷迁移理论方法的研究取得新进展,相关结果在日前出版的《自然实验手册》(Nature Protocols 2015, 10, 632–642)上发表,题为“Quantitative prediction of charge mobilities of π-stacked systems by first-principles simulation”。

π堆积体系在自然界中广泛存在,比如有机半导体、液晶和DNA双螺旋结构等。由于体系中存在较强的π-π耦合,因此体系中电荷迁移较为容易。利用这一特性,π堆积体系常应用于电子器件中,比如有机半导体晶体管,DNA分子导线等。不同于传统的半导体体系,有机π堆积体系的电荷迁移服从跃迁机制,因而常规的半导体理论方法无法用于描述其电荷迁移行为。而且由于有机分子的多样性,有机π堆积体系也种类繁多。如何从上百万种可能中找到所需性能的有机π堆积体系是这个领域的关键问题。 而一个能够准确定量化预测有机π堆积体系电荷迁移的理论方法是解决这一关键问题的核心。

2009年,该研究团队提出一套理论方法,结合Marcus理论和量化计算,能够较为准确预测有机半导体各相异性的载流子迁移率(J. Phys. Chem. B 2009, 113, 8614)。经过几年发展,逐步完善了理论体系,预测了一系列有机半导体中电荷迁移的规律(Chem. Commun. 2010,46,5133; Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 9267)。该成果基于这些前期工作,提出进一步完善的理论方法,做到仅根据π堆积体系的晶体结构就能预测该体系的载流子迁移率,得到的预测结果与实验结果吻合得很好。 这个成果为用计算机大规模筛选所需性能的π堆积体系打下坚实基础,给有机电子学领域带来革新性变化。
这项工作得到国家自然基金委,973计划的大力支持。(图/文 孙磊)
  2015年3月30日
   
   
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