新型分子器件的模擬設(shè)計(jì)與計(jì)算.pdf

1、隨著傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件的發(fā)展，器件的尺寸越來越小。應(yīng)用于宏觀尺度的電荷輸運(yùn)規(guī)律將不再適用，取而代之的是基于量子力學(xué)的各種規(guī)律。受到各種工藝條件的限制，傳統(tǒng)的方法已不能滿足器件微型化發(fā)展的需求，因此必須尋求新的方法來滿足器件的發(fā)展需求。分子器件在電子器件微型化方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過幾十年不停的研究，無論是在實(shí)驗(yàn)上還是在理論上，都取得了巨大的成就。實(shí)驗(yàn)方面，分子自組裝方法、機(jī)械可控劈裂結(jié)方法、掃描隧道顯微鏡技術(shù)、光鑷技術(shù)等等實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)得

2、到了廣泛的發(fā)展和使用，這為分子器件的發(fā)展提供了技術(shù)支持;理論上，在分子器件的輸運(yùn)性質(zhì)研究過程中，人們發(fā)展了凝膠模型散射矩陣方法、第一性原理非平衡態(tài)格林函數(shù)等多種計(jì)算方法。本文主要運(yùn)用密度泛函與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的第一原理方法從理論上模擬設(shè)計(jì)了具有特定功能的器件。
　　本論文的第一章為緒論部分，主要介紹了分子器件的發(fā)展過程、器件中出現(xiàn)的量子效應(yīng)、常用的實(shí)驗(yàn)方法以及影響分子器件的因素;第二章為基礎(chǔ)理論部分，主要介紹了密度泛函、（非）

3、平衡格林函數(shù)以及Landauer-Büttiker理論等內(nèi)容，最后介紹了論文完成過程中所使用的軟件包。通過前兩章的內(nèi)容介紹，可以對(duì)分子器件的發(fā)展歷史、理論研究基礎(chǔ)有一定的了解。
　　在第三章中，我們主要研究了光致變色分子的輸運(yùn)性質(zhì)。在不同的溫度下，分子會(huì)在不同的構(gòu)型之間相互轉(zhuǎn)化，這樣就會(huì)引起分子中電荷分布的變化，當(dāng)加上一定的電壓時(shí)，對(duì)于不同的構(gòu)型，會(huì)得到不同的電流值。如果將電流大的狀態(tài)作為“開”狀態(tài)，電流小的狀態(tài)作為“關(guān)”狀態(tài)，就

4、可以將該分子做成分子開關(guān)。利用該分子我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種模型，一種是使分子連接在兩個(gè)共線的電極上，還用一種是將分子連接在具有落差的電極之間，另外，在兩種模型中所使用的電極也有所變化。
　　在第四章中，主要研究了兩個(gè)對(duì)硫苯分子用導(dǎo)線連接起來在不同二面角時(shí)的輸運(yùn)性質(zhì)。由于對(duì)硫苯為平面型分子，具有很好的對(duì)稱性，所以我們只研究了兩個(gè)分子所在平面形成的二面角為0，15，30，45，60，75，90度時(shí)的輸運(yùn)性質(zhì)。在計(jì)算的過程中，將左邊的一個(gè)分子固

5、定，讓右邊的分子沿著兩個(gè)硫原子形成的軸線方向旋轉(zhuǎn)到特定的角度。我們的計(jì)算結(jié)果表明，通過該器件的電流會(huì)隨著二面角的增加而減小，當(dāng)二面角的角度增加到90度時(shí)電流幾乎減小到0。
　　作為掃描隧道顯微鏡最為重要的部件之一，探針決定了掃描圖像的質(zhì)量。在第五章中我們從理論上模擬了單壁碳納米錐與金屬針組合所形成的新型組合探針的掃描性質(zhì)。在模擬中我們將單壁碳納米錐安裝到金屬針頂端，對(duì)Au(100)面沿著兩個(gè)互相垂直的方向進(jìn)行了掃描，并且對(duì)吸附在金