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分子电子器件第一性原理设计

专 业: 理论物理
关键词: 第一性原理 非平衡格林函数方法 平衡电导 电流-电压特性 本征通道 分子电子器件
分类号: TN01
形 态: 共 72 页 约 47,160 个字 约 2.256 M内容
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内容摘要


本论文采用密度泛函理论和非平衡态格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了分子尺度导体输运性质中存在的几个问题以及通过设计特殊分子得到有意义的输运特性。

重点探讨了水分子对碳链输运性质的影响、团簇与电极之间的接触结构对其输运性质的影响、非对称有机物分子中的整流效应和电流开关现象。

第一章介绍了分子导体的发展概况、人们探索分子导体的实验方法以及当前研究分子导体的主要理论方法,最后阐明了本论文研究的主要内容和意义。

第二章是理论基础和计算方法部分。

在介绍什么是第一性原理计算的基础上,详细介绍了第一性原理方法的密度泛函理论方法的理论基础和实际应用。

最后详细地介绍了如何把密度泛函理论和非平衡态格林函数方法结合起来,进行分子导体输运特性的第一性原理计算及所采用的计算程序。

第三章采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了非对称分子放置在两个金属电极之间时产生的整流现象。

特别地,本文系统地研究了Al/HCOO-C<,6>H<,4>-CH<,2><,n>-S/Al体系的导电性质。

体系的平衡电导随着CH<,2>数目n0≤n≤7的增加而呈指数减少。

体系的I-V曲线是非对称的n≥2:

加负电压时,通过分子的电流非常的小;而加正的电压时,电流随着电压的升高而急剧增加且在特定的电压处出现了很大的负微分电阻。

整流现象的产生源于分子本身结构的不对称性及其与左右电极接触时所产生的耦合不对称性。

当n=5时,我们得到了一个很好的整流系数~38。

第四章采用密度泛函理论非平衡格林函数方法研究了旋转对团簇Au<,7>和Ag<,3>输运性质的影响。

平面结构的Au<,7>和Ag<,3>团簇放在具有有限截面的Al100电极中。

对于每种团簇,本考虑了两种特殊的放置,平行和垂直。

结果发现,旋转不同的分子团簇对器件产生的影响是完全不同的:

在Al100-Au<,7>-Al100分子器件中,团簇Au<,7>水平放置时的平衡电导和电流比其垂直放置时的大得多;而在器件Al100-Ag<,3>-Al100中出现了恰好相反的现象。

第五章应用第一性原理非平衡态格林函数的方法水分子对七个碳原子组成的一维原子链的输运性质的影响。

碳原子链放在具有有限截面的Al100电极中。

结果发现,碳原子链上的水分子的数目和放置的位置的不同将对体系输运性质产生很大的影响。

特别有趣的是,单个H<,2>O分子对碳链平衡电导的影响随其摆放位置的不同而出现奇偶振荡,例如,当位于奇数编号的碳原子上时,电导取极大值,当位于偶数编号的碳原子上时,取极小值。

将两个H<,2>O分子置于不同的碳原子正上方时,在不同的位置平衡电导相差很大,在某些特殊的情况下原本受到抑止的第三个本征通道也有较大的贡献。

此外,本文还研究了放置两个水分子时,体系的电流-电压I-V特性,随着水分子的数目和放置的位置不同,某些情况可能出现较大幅度的负微分电阻..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 导论
1.1分子导体研究概况
1.2论文工作的内容和意义
参考文献
第二章 理论计算方法
2.1第一性原理计算是什么
2.2密度泛函理论
2.2.1引言
2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.2.4局域密度近似LDA
2.2.5自洽求解一般过程
2.3 Landauer-Büttiker公式
2.4非平衡格林函数法
2.4.1平衡格林函数的定义
2.4.2非平衡格林函数方法
2.4.3分子量子点导体中的电流
2.4.4分子量子点的Dyson方程和Keldysh方程
2.4.5分子导体中电流的第一原理计算
2.4.6非正交轨道
2.5计算程序简介及其进一步完善
参考文献
第三章 不对称分子中的整流效应第一性原理研究
3.1引言
3.2模型和计算方法
3.3结果与讨论
3.4小结
参考文献
第四章 分子于电极的相对取向对分子器件中电子输运特性的影响
4.1引言
4.2模型和计算方法
4.3结果与讨论
4.4小结
参考文献
第五章 水分子对碳链输运性质影响的第一性原理研究
5.1引言
5.2模型和计算方法
5.3结果与讨论
5.4小结
参考文献
第六章 论文总结与展望
6.1论文主要内容总结
6.1.1不对称分子中的整流效应第一性原理研究
6.1.2分子于电极的相对取向对分子器件中电子输运特性的影响
6.1.3水分子对碳链输运性质的影响
6.2论文的主要创新点及对未来工作的展望

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中图分类: > TN01 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 一般性问题 > 基础理论

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