卟啉分子電子器件的理論模擬.pdf

1、隨著尺寸不斷接近納米數(shù)量級(jí),傳統(tǒng)硅基電子器件將面臨因量子效應(yīng)而產(chǎn)生的一系列難以逾越的挑戰(zhàn)。因此,大力發(fā)展分子電子器件就成為了一種解決問題的有效途徑。盡管目前對于分子器件的研究取得了一些重要進(jìn)展,但是關(guān)于分子電子器件的電子輸運(yùn)機(jī)理、分子材料在電場下的行為等問題還缺乏全面和深入的認(rèn)識(shí)。因此,有必要首先從理論上研究這一系列的問題。利用密度泛函理論(Density Function Theory,DFT)中的B3LYP方法選取6-31G*(對于

2、C、H、N)和LanL2DZ(對于金屬)基組,研究了卟啉(PH2)和數(shù)種金屬卟啉(ZnP、MgP、MnP、FeP、CoP、NiP、CuP、PdP、SnP)的幾何結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)卟啉并非嚴(yán)格對稱分子,金屬卟啉才是嚴(yán)格對稱的平面結(jié)構(gòu)。使用DFT與非平衡態(tài)格林函數(shù)(Non-equilibrium Green’s Functions,NEGF)相結(jié)合的方法探討了卟啉分子與Au(111)電極表面的連接方式(水平連接和對角連接)、卟啉(PH2)和4種金屬

3、卟啉[鋅卟啉(ZnP)、鎳卟啉(NiP)、鈀卟啉(PdP)、鉑卟啉(PtP)]的電子傳遞性質(zhì)等問題。結(jié)果顯示,當(dāng)分子與電極水平連接時(shí)具有明顯的導(dǎo)電優(yōu)勢;卟啉和4種金屬卟啉(ZnP、NiP、PdP、PtP)具有接近的導(dǎo)電性質(zhì),其導(dǎo)電能力大小順序是PH2＞ZnP＞PdP＞PtP＞NiP;還研究了鏈長對低聚卟啉(2～4個(gè)卟啉單元)的電子傳遞性質(zhì)的影響。根據(jù)卟啉分子的導(dǎo)電特性和前人已經(jīng)完成的實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)了3種卟啉-X分子:卟啉-烷(porphyr

4、in-alkyl)、卟啉-苯(porphyrin-phenyl)、卟啉-炔(porphyrin-alkyne),并使用DFT與NEGF相結(jié)合的方法研究了功能修飾基團(tuán)對分子下列性質(zhì)的影響:分子電壓-電流曲線、分子隧穿譜、前線軌道的能級(jí)位置和空間分布。結(jié)果顯示,卟啉-炔分子的電子傳遞能力最強(qiáng),其次是卟啉-苯分子,而卟啉-烷分子的導(dǎo)電性最差;但是,卟啉-烷和卟啉-苯分子具有明顯的整流特性,而卟啉-炔分子幾乎沒有整流效果;因此可以斷定在卟啉分子