如何计算粒子迁移率

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粒子迁移率对于有机电子器件例如场致发射晶体管(OFET)、有机发光二极管、光伏电池非常关键。载流子从一个位置迁移到另一个位置,迁移率主要由转移积分决定。ADF可以直接计算转移积分。作为简化的例子,本例计算两个萘分子之间的电子迁移率。

1,两个萘分子的结构(点击下载) 首先通过几何结构优化的计算,得到分子之间的结构排布方式。

2,计算转移积分:

mobility03

另,details——symmetry的symbol选项,选择nosym;

Properties选择如下:

mobility02

将体系分为两个区:选中其中一个分子,然后点击主面板的Model——Regions——“+”,即将该分子设置为一个分区,然后点击菜单“Selection”——“Invert Selection”,从而自动选择剩下的分子,然后点击主面板的Model——Regions——“+”,即将该分子设置为第一个分区,并如下图设置,使得分区生效:

mobility01

保存并运行。

3,查看结果:

点击scm——output,选择Properties——Charge transfer integrals,即看到如下所示的内容:

mobility04

mobility05

也得到 V = (J-S(e1+e2)/2)/(1-S^2)的值。这个值用到Marcus理论中,即可用于计算粒子迁移率。

mobility07

4,计算粒子迁移率还需要另一个数值:

λ = (Eanion(neutral geometry) – E(neutral)) + (Eneutral(anion geometry) – E(anion))

其中Eanion(neutral geometry)表示单个萘分子结构优化完成之后,保持该结构,但带电量设置为-1,计算single point得到的bonding energy;E(neutral)表示单个萘分子结构优化完成之后,保持该结构,计算single point得到的bonding energy;Eneutral(anion geometry)表示单个萘分子,将带电量设置为-1,然后进行几何结构优化,保持该结构,但带电量改为0,计算single point得到的bonding energy;E(anion)表示单个萘分子,将带电量设置为-1,然后进行几何结构优化,保持该结构,但带电量改为-1,计算single point得到的bonding energy。

5,根据如下公式计算Marcus粒子迁移率:

mobility06

本例中,V = 6.06e-21 J, λ = 3.45e-20 J,300K时,Marcus迁移率为6.45e12 s-1。

更多案例参见费米科技WIKI-ADF