單分子電子輸運性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、本文在回顧、分析單分子電子輸運性質(zhì)實驗和理論研究進展的基礎上，詳細介紹了目前國際上主要使用的，結(jié)合非平衡格林函數(shù)(NEGF)和密度泛函理論(DFT)的第一性原理模擬方法及其軟件實現(xiàn)；并利用基于該方法的模擬軟件包TranSIESTA，對Au/1，4.diaminoacenes/Au、AI/TaSi3/A1和單壁碳納米管及其吸附小分子系統(tǒng)的電子輸運性質(zhì)進行了系統(tǒng)的研究，獲得如下結(jié)論： (1)、對1，4對苯二氨分子夾在Au.(3×3)

2、的電極之間構(gòu)成的結(jié)而言，隨分子.電極距離增加，系統(tǒng)的平衡電導呈現(xiàn)下降趨勢，但在1.4A到1.9A之間，平衡電導曲線中近乎出現(xiàn)一個平臺，這表明：1，4對苯二氨這種分子的平衡電導對分子.電極之間的距離并不十分敏感。加上偏壓后，在0V到lV范圍內(nèi)，由于偏壓的線性增加與其引起的透射譜移動幅度增加的競爭，造成系統(tǒng)電流.電壓的非線性特性。該系統(tǒng)的輸運特性還受到分子苯環(huán)數(shù)目和氨基取代位置的影響。對位取代的分子，隨苯環(huán)數(shù)目的增加，分子的平衡態(tài)透射譜在費

3、米能級位置出現(xiàn)了較高、較寬的透射峰，這意味著其小偏壓下的導電能力將逐步增強。而非對位取代的分子，隨苯環(huán)數(shù)目增加，原本在費米能級位置出現(xiàn)的透射峰將逐步遠離費米能級，這意味著其小偏壓下的導電能力將逐步減弱。這些計算工作部分地解釋了最近的實驗結(jié)論，為進一步的實驗研究奠定了基礎。 (2)、對(4，4)單壁碳納米管及其吸附水或氧氣分子的系統(tǒng)而言，在0V到2V的偏壓下，系統(tǒng)對電壓的增加呈現(xiàn)兩種不同增加速率的電流響應，其中電壓小于1.1V時電

4、流增加速率較大；而當偏壓大于1.1V后，由于兩端的碳納米管電極化學勢之差變大，導致較多的電極態(tài)進入中心散射區(qū)，破化了系統(tǒng)原有的對稱性，增強了電子散射，故而電流增加速率變緩。通過模擬計算還表明：吸附的分子提供了雙重作用，一方面它們的電子態(tài)會破壞碳納米管勢場的平移對稱性，從而降低系統(tǒng)的透射能力：而另一方面，吸附分子提供的能級，有利于電極中的電子隧穿散射區(qū)；只當偏壓窗口包含吸附分子所貢獻的透射能力時，這種吸附的影響才會反映在電壓.電流特性中。

5、故而，(4，4)碳納米管吸附水分子時，系統(tǒng)的電壓.電流與未吸附系統(tǒng)幾乎相同，只有在偏壓大于1.8V之后，吸附系統(tǒng)比未吸附系統(tǒng)的電流略有增加；而(4，4)碳納米管吸附氧分子時，系統(tǒng)的電壓.電流與未吸附系統(tǒng)相比一直都稍低，只當偏壓大于1.7V之后，吸附系統(tǒng)比未吸附系統(tǒng)的電流略有增加。 　　(3)、對TaSi3團簇夾在Al(111)-(3x3)電極之間構(gòu)成的結(jié)而言，隨分子.電極距離增加，系統(tǒng)的平衡電導呈現(xiàn)強烈的振蕩變化。而這種振蕩來自于重整

6、化分子能級8態(tài)和9態(tài)隨距離的變化對費米能級處透射譜的交替控制。團簇與電極的相對位置不同，平衡電導也會產(chǎn)生相應的變化，其中團簇繞x軸旋轉(zhuǎn)50度時，系統(tǒng)的平衡電導最小，約為1.1G0，其它轉(zhuǎn)角下平衡電導均在2.2Go左右變化。隨門電壓的增加，平衡電導在門電壓0.6V時最小，約為1.95G0，其它門電壓下平衡電導均在2.2Go左右變化。加上偏壓后，系統(tǒng)的電流.電壓響應在-1.0V到1.0V內(nèi)呈現(xiàn)出非對稱的整流特性，并且在0.3V到0.4V出現(xiàn)