有机半导体材料作为一种新型的功能材料,不仅具有传统无机功能材料的功能特性,而且制作成本低,易于合成,能够大面积合成,柔韧性好等优势。有机半导体具有无机半导体一样丰富的电学,光学特性。使得它在有机发光二极管(Organic light emitting diode),有机光伏电池(Organic photo voltaic)等应用方面具有广阔前景,特别是有机发光二极管已经在日本,韩国等一些国家得到大规模生产。2014年Nobel物理学奖也授予了Akasaki, Amano and Nakamura在蓝光LED方面的工作。白光能够以新的方式合成出来,相比以往的发光器件,具有更持久更有效的转化。在节约资源和能源的角度做出重大贡献,给人类照明业带来一场变革。近年来,在磁学方面发现的有机磁场效应(Organic magnetic field effect),使得人们对它在磁学方面的应用具有很大信心。有机磁场效应的实质是来源于电子的自旋属性。因而有机半导体在自旋电子学方面的应用得到人们的广泛关注和研究,并取得了重大进展。例如有机功能材料中的自旋产生、输运、储存,及探测等越来越丰富的物理实验现象出现,以及与其相应的内在物理机制的研究。有机自旋电子学研究包含两个领域：一是人们为了寻求具有物理特征(电,磁,光)更明显的功能材料而形成的与化学交叉的有机功能材料方向。二是与物理交叉的自旋电子学。这些材料不仅具有潜在的实用价值,也具有深远的基础研究意义,成为软材料科学的重要研究课题之一；同时自旋电子学是对电子学的重大延伸,使得电子学具有更广阔的发展前景。十几年来,自旋电子学的发展不仅引起如高密度存储器这类重大应用性器件的出现；同时对基础物理的革命也功不可没,例如一些新物理现象或概念的出现(自旋流、自旋压、自旋整流、自旋霍耳效应等)。二者结合,便形成了有机自旋电子学(Organic Spintronics)这一门新的学科,探讨研究有机功能材料在自旋电子学领域的潜在应用价值,及其重要的基础研究价值。对于有机自旋电子学的研究,目前主要关注两类结构器件,一类是含有磁性电极的有机器件,如La1-xSrxMnO3/T6/La1-xSrxMnO3和Co/Alq3/La1-xSrxMnO3等器件,主要研究自旋极化电子或者空穴的注入、输运与自旋探测,体现为器件自旋阀效应。 另一类器件是不含有任何磁性元素的有机器件, 如ITO/PEDOT/polyfluorene/Ca和ITO/PEDOT/T6/Ca/Al等器件。2004年Francis等人发现通过施加弱磁场(100mT),有机器件ITO/PEDOT/polyfluorene/Ca室温下可出现10%以上的磁电阻,而且发现外加偏压以及有机层的厚度都会影响磁电阻的大小,甚至改变磁电阻的正负。因为无机器件中很难出现这种现象,所以有机磁电阻(0MR)很快引起了物理、化学、电子学和材料界学者的广泛关注。几年来对OMR的研究初步发现,它不仅具有巨大的潜在应用价值,而且包含的内容丰富,内部机理更为复杂。有机半导体(器件)不仅存在磁电阻现象,其大小正负可变,而且磁场也会影响器件电致发光(Electroluminescence)、光致发光(Photoluminescence)以及光电流(Photoelectric current)等效率,即它们都存在不同程度的强磁响应现象。施加磁场前后,器件性能(信号)的相对变化,我们把这些现象统称为有机磁场效应。有机磁场效应(OMFE)是当前有机功能材料和器件研究的热点,物理学工作者对于施加弱磁场产生的强响应机理的探索更是的有极大兴趣。对于有机磁场效应的理论解释出发点主要基于有机材料本身具有的特性：一是它的超精细相互作用以及自旋-轨道耦合都比较弱,因而与无机材料相比,有机材料中载流子具有较长的自旋弛豫时间。因而它被认为是自旋极化输运的理想材料；二是有机半导体具有较强的电子-晶格耦合作用,使得它的载流子不同于无机半导体。有机材料中的载流子主要是孤子,极化子等一些自陷束缚的准粒子,因而它们的电荷自旋关系更复杂。正是有机半导体的这些特性更加丰富了自旋电子学。在有机半导体中小分子晶体常被用于有机场效应中的中间层。因为小分子晶体材料具有良好的刚性和分子对称性,并且整个分子就是一个共轭体系。在实验操作上它们比较容易形成有序的薄膜。正是小分子晶体的有序性使得它有利于载流子的传输,即有比较大的迁移率。本论文主要基于有机小分子的TO模型,考虑由于杂质,温度等因素会引起自旋的反转,在哈密顿量中引入自旋反转强度。然后研究反转强度对于载流子自旋极化的影响以及近程的电子-电子相互作用对载流子自旋极化(磁矩)的影响。论文的研究内容和结果如下：1.当给分子晶体中注入一个电子时,形成一个极化子,在不考虑自旋反转效应的情况下,它的自旋是完全极化,即磁矩为1。考虑电子在格点上的自旋反转时,自旋反转的强度越大,极化子的磁矩会越小。并且自旋反转强度达到某个临界值时,极化子磁矩会突然降为零。当进入两个不同自旋的电子时,形成了双极化子。自旋反转强度对于双极化子是没有影响的,因为双极化子内存在两个自旋相反的电子,它们的磁矩始终为零。2.由于自旋反转效应的存在,使得磁矩的变化与注入的电子数目及其局域度有关。我们同时也考虑了相邻分子上电子-电子之间的相互作用,发现它会电子磁矩消失的自旋反转强度的临界值减小。但如果电子是自旋极化的,那么相邻格点上的电子-电子相互作用对于电子的净磁矩几乎是没有影响的