view in publisher's site

An Overview of the Theory of π-Conjugated Polymers

We review recent advances in the theoretical modelling of π-conjugated polymers. Our emphasis is on quasi-one-dimensional π-electron models that include both electron-phonon and electron-electron interactions. We use the widely studied Peierls-Hubbard Hamiltonian as a prototype model, since this contains both the pure electron-phonon (Hückel and SSH) limits and the pure electron-electron (Hubbard and PPP) limits. We attempt to present an integrated perspective by explaining the essential concepts in both chemical language (valence bonds, resonance, bond alternation defects, etc.) and solid-state physics terms (band structure, localized states, broken symmetry, solitons). We argue that modelling π-conjugated polymers is a true many-electron problem requiring advanced techniques that give reliable answers to precise questions, especially for excited states. Among the techniques we discuss are mean-field, perturbative, and variational approximations for infinite polymer chains and (numerically) exact computations (Lanczos and quantum Monte Carlo methods) for finite chains (oligomers). We compare critically the theoretical results obtained by these various methods with experimental observations, in particular with optical spectroscopy and nuclear magnetic resonance, both for the archetypal π-conjugated system polyacetylene and for other conjugated polymers including polydiacetylenes and polythiophene. Our goal is to find a model consistent with the broad range of experimental data. This analysis establishes that electron-phonon and electron-electron interactions are likely to be of equal importance in determining the properties of these materials. Hence neither the Hückel/SSH nor the PPP/Hubbard models are sufficient for a complete description of the observed behaviour of π-conjugated polymers. We add an analysis of factors that go beyond the idealized models, including disorder, inter-chain coupling and quantum lattice fluctuations, and conclude with a brief discussion of the dopinginduced insulator-metal transition and of the possible mechanisms of charge transport.

مروری بر تئوری π - دی ان‌های مزدوج

ما پیشرفت‌های اخیر در مدل‌سازی نظری پلیمرهای π - مزدوج را مورد بررسی قرار می‌دهیم. تاکید ما بر models شبه - یک بعدی است که شامل هم کنش الکترون - الکترون و هم کنش الکترون - الکترون است. ما از the widely - هوبارد به عنوان یک مدل نمونه اولیه استفاده می‌کنیم، زیرا این هم دارای محدودیت electron (هاکل و SSH)و محدودیت‌های الکترون - الکترون خالص (هوبارد و PPP)است. ما تلاش می‌کنیم که یک دیدگاه یکپارچه را با توضیح مفاهیم اساسی در هر دو زبان شیمیایی (ظرفیت ظرفیت، رزونانس، نقص جایگزینی پیوند، و غیره)و اصطلاحات فیزیک حالت جامد (ساختار باند، وضعیت‌های موضعی، تقارن شکسته، سالیتون‌ها)ارایه دهیم. ما استدلال می‌کنیم که مدلسازی پلیمرهای π - مزدوج یک مساله الکترون بسیار واقعی است که نیازمند تکنیک‌های پیشرفته است که پاسخ‌های مطمئنی به پرسش‌های دقیق، به ویژه برای حالت‌های هیجان‌زده می‌دهد. در میان تکنیک‌هایی که ما در مورد آن‌ها بحث می‌کنیم عبارت است از: میدان، perturbative، و تقریب متغیر برای زنجیره‌های پلیمری نامحدود و (عددی)دقیق (Lanczos و روش‌های مونت کارلو)برای زنجیره‌های متناهی (oligomers). ما نتایج تئوریک حاصل از این روش‌ها را با مشاهدات تجربی مقایسه می‌کنیم، به خصوص با رزونانس نوری و رزونانس مغناطیسی هسته‌ای، هر دو برای سیستم archetypal π و دیگر پلیمرهای conjugated شامل polydiacetylenes و polythiophene. هدف ما یافتن مدلی سازگار با دامنه گسترده داده‌های تجربی است. این تجزیه و تحلیل ثابت می‌کند که برهمکنش‌های الکترون - الکترون و الکترون - الکترون احتمالا در تعیین خواص این مواد از اهمیت یکسانی برخوردار خواهند بود. از این رو نه شاخص هاکل / SSH و نه مدل‌های هوبارد / +۱ برای توصیف کامل رفتار مشاهده‌شده پلیمرهای π کافی نیستند. ما تحلیلی از عواملی را اضافه می‌کنیم که فراتر از مدل‌های ایده‌آل، از جمله اختلال، تزویج بین زنجیره و نوسانات شبکه کوانتومی، و با بحث مختصری در مورد انتقال فلز dopinginduced و مکانیسم‌های ممکن حمل بار به پایان می‌رسند.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.