掺杂诱导的介电灾变促使有机半导体中自由载流子释放
材料科学
2021-07-14 v1 其他凝聚态物理
摘要
通过分子掺杂可实现的材料性质调控对有机半导体的许多技术应用（如 OLED 或热电材料）至关重要。这些激子半导体通常仅在杂质浓度为 5–10% 时达到简并极限，该现象被认为与载流子同电离掺杂剂之间的强库仑束缚有关，且其理解至今仍不明确。本研究从集体屏蔽现象的角度提出了有限掺杂下载流子释放的一般机制。通过结合第一性原理与微观静电计算，建立了掺杂有机半导体介电性质的多尺度模型。我们的结果预测，随着掺杂增加系统接近介电不稳定性（灾变），介电常数将出现大幅非线性增强（在 8% 负载下增至十倍）。这可归因于高度极化宿主-掺杂剂复合物的存在，以及无序异质系统中偶极相互作用的非平凡主导贡献。材料中增强的屏蔽大幅降低了电子-空穴分离的能量势垒，从而解释了热致电荷释放的可能性。所提机制与电导数据一致，并为在更低掺杂负载下实现更高电导率奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2107.05920,
title = {Doping-induced dielectric catastrophe prompts free-carrier release in organic semiconductors},
author = {Massimiliano Comin and Simone Fratini and Xavier Blase and Gabriele D'Avino},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.05920},
year = {2021}
}