共轭聚合物的半导体相与金属相

近来多种 $\pi$-共轭聚合物被开发并尝试用于若干应用，如有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机光伏与传感器。这些应用的核心在于纯材料的半导体特性，其可通过局部氧化或还原转变为金属导电性。许多最新实验在所关注共轭聚合物的紫外-可见激发光谱中显示出两个特征峰，均位于成键 $\pi$ 与反键 $\pi^*$ 能带能量之间的带隙中，且激发能量之比在 1.4 至 1.7 之间。问题在于，$\pi$-电子在共价轨道中配对，它们之间以及与离子实之间强相互作用，因而远非无机半导体理论所假设的扩展准自由独立单电子态。本文引入一个模型，给出未掺杂材料电荷多体传导与半导体性质的机制。该模型给出两个新的玻色-爱因斯坦统计的激发成键态平带，能够输运电荷。这两个能带很好地解释了导电共轭聚合物紫外-可见激发光谱中特征性的双峰。