聯苯二硫酚分子器件電輸運性質的第一性原理研究.pdf

1、隨著微電子學和電子器件小型化的不斷發(fā)展，利用單分子或原子團簇，例如單層碳納米管、多層碳納米管、有機小分子、生物分子等來構建電子線路的元器件已經成為當今的發(fā)展趨勢，與之相隨的測量、解析這些分子器件的電學特性或光學特性也逐漸發(fā)展成為了一門獨立的學科，也就是分子電子學。隨著測量手段的不斷發(fā)展，分子電子學在實驗和理論上都取得了實質性的進展，實驗上人們通過隧道掃描顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等，研究單分子器件時發(fā)現分子具有開關作用、負

2、微分電阻(NDR)效應、分子記憶功能、近藤(Kondo)效應以及整流效應等一系列重要特征，這些研究促進了分子電子學的發(fā)展和應用。同時理論上人們也采用一些方法，比如半經驗方法和第一性原理方法來模擬和解釋分子器件的工作原理，而后者與非平衡格林函數(NEGF)相結合的方法，已被證明是研究分子期間輸運性質的有效手段。這些研究為把構建穩(wěn)定性良好的分子器件，把其大規(guī)模應用到實際生活中來奠定基礎。由于電輸運性質對分子器件的性能起著至關重要的作用，因此

3、，研究分子器件的電輸運機制具有非常重要的意義。
　　 本論文采用密度泛函理論(DFT)和非平衡態(tài)格林函數(NEGF)相結合的第一性原理計算方法，對分子器件電輸運性質的相關問題進行了理論計算，具體的研究內容和主要結果如下:
　　 聯苯二硫酚分子(BPD)因為其簡單性和易于化學吸附于金屬表面的特點，而備受關注，聯苯二硫酚分子結也是實驗和理論研究的理想對象。通過了實驗上的研究人們發(fā)現官能團對分子器件電輸運特性有非常重要的影響，

4、但是到目前，對于兩個相同官能團在不同位置以及不同官能團在相同位置取代對分子器件的影響理論和實驗都還沒有研究。在本論文中我們就選取BPD分子為研究對象，以Au(111)為電極構建模型，計算其電流-電壓特性曲線。對于兩個官能團位置對分子結輸運的影響，我們從六種BPD分子衍生物體系的伏安特性曲線發(fā)現，當兩個官能團位于BPD分子同一個苯環(huán)上時，軸線同側取代時電流要小于異側取代的情況，相反的是當兩個官能團在不同的苯環(huán)上取代H原子時，軸線同側取代的