分子電子器件第一性原理設(shè)計(jì).pdf

1、本論文采用密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)相結(jié)合的第一性原理計(jì)算方法，研究了分子尺度導(dǎo)體輸運(yùn)性質(zhì)中存在的幾個(gè)問(wèn)題以及通過(guò)設(shè)計(jì)特殊分子得到有意義的輸運(yùn)特性。重點(diǎn)探討了水分子對(duì)碳鏈輸運(yùn)性質(zhì)的影響、團(tuán)簇與電極之間的接觸結(jié)構(gòu)對(duì)其輸運(yùn)性質(zhì)的影響、非對(duì)稱有機(jī)物分子中的整流效應(yīng)和電流開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。 第一章介紹了分子導(dǎo)體的發(fā)展概況、人們探索分子導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)方法以及當(dāng)前研究分子導(dǎo)體的主要理論方法，最后闡明了本論文研究的主要內(nèi)容和意義。 第二章是理

2、論基礎(chǔ)和計(jì)算方法部分。在介紹什么是第一性原理計(jì)算的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了第一性原理方法的密度泛函理論方法的理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用。最后詳細(xì)地介紹了如何把密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)方法結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行分子導(dǎo)體輸運(yùn)特性的第一性原理計(jì)算及所采用的計(jì)算程序。 第三章采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了非對(duì)稱分子放置在兩個(gè)金屬電極之間時(shí)產(chǎn)生的整流現(xiàn)象。特別地，本文系統(tǒng)地研究了Al/HCOO-C<,6>H<,4>-(CH<,2>)<,n>-

3、S/Al體系的導(dǎo)電性質(zhì)。體系的平衡電導(dǎo)隨著CH<,2>數(shù)目n(0≤n≤7)的增加而呈指數(shù)減少。體系的I-V曲線是非對(duì)稱的(n≥2)：加負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)分子的電流非常的??；而加正的電壓時(shí)，電流隨著電壓的升高而急劇增加且在特定的電壓處出現(xiàn)了很大的負(fù)微分電阻。整流現(xiàn)象的產(chǎn)生源于分子本身結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性及其與左右電極接觸時(shí)所產(chǎn)生的耦合不對(duì)稱性。當(dāng)n=5時(shí)，我們得到了一個(gè)很好的整流系數(shù)～38。 第四章采用密度泛函理論非平衡格林函數(shù)方法研究了旋

4、轉(zhuǎn)對(duì)團(tuán)簇Au<,7>和Ag<,3>輸運(yùn)性質(zhì)的影響。平面結(jié)構(gòu)的Au<,7>和Ag<,3>團(tuán)簇放在具有有限截面的Al(100)電極中。對(duì)于每種團(tuán)簇，本考慮了兩種特殊的放置，平行和垂直。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)不同的分子團(tuán)簇對(duì)器件產(chǎn)生的影響是完全不同的：在Al(100)-Au<,7>-Al(100)分子器件中，團(tuán)簇Au<,7>水平放置時(shí)的平衡電導(dǎo)和電流比其垂直放置時(shí)的大得多；而在器件Al(100)-Ag<,3>-Al(100)中出現(xiàn)了恰好相反的現(xiàn)象。

5、 第五章應(yīng)用第一性原理非平衡態(tài)格林函數(shù)的方法水分子對(duì)七個(gè)碳原子組成的一維原子鏈的輸運(yùn)性質(zhì)的影響。碳原子鏈放在具有有限截面的Al(100)電極中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碳原子鏈上的水分子的數(shù)目和放置的位置的不同將對(duì)體系輸運(yùn)性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。特別有趣的是，單個(gè)H<,2>O分子對(duì)碳鏈平衡電導(dǎo)的影響隨其擺放位置的不同而出現(xiàn)奇偶振蕩，例如，當(dāng)位于奇數(shù)編號(hào)的碳原子上時(shí)，電導(dǎo)取極大值，當(dāng)位于偶數(shù)編號(hào)的碳原子上時(shí)，取極小值。將兩個(gè)H<,2>O分子置于不同的