分子整流器電子輸運的理論分析.pdf

1、本論文首先介紹了分子器件、分子整流器的研究背景、國內外發(fā)展現(xiàn)狀、主要的研究方法及基本理論。在此基礎上,我們重點研究了分子整流器的電子輸運及整流特性。采用基于密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)的第一性原理方法,我們研究了D-σ-A型分子整流器的電子輸運特性及整流效果。計算結果表明:盡管我們四個體系的電子結構與Aviram-Ratner理論完全吻合,它們的整流方向卻完全相反。細致分析發(fā)現(xiàn),這主要是由于芯分子左右活性部分的分子軌道分別隨左右電極的費

2、米能級發(fā)生移動所致。由這種整流機制所導致的整流方向與A-R整流機制的整流方向是相反的。這意味著,在分子整流器件中將存在兩種相反的整流機制,整流效果取決于哪種整流機制起主要作用。然后,我們研究了D-π-A型分子氰基乙烯基苯胺衍生物的電子輸運性質。在該分子中,我們同樣發(fā)現(xiàn)了整流方向與A-R理論不一致的現(xiàn)象。另外,我們通過將對稱的OPE分子連接在左右兩端非對稱金屬電極上,以構建分子器件,利用第一性原理方法計算其輸運性質。計算結果表明:在此種非

3、對稱結構中,由于左右電極具有不同的能帶結構,分子與左右電極接觸面上將產生非對稱肖特基勢壘,進而導致整流。這意味著通過選用非對稱電極材料來實現(xiàn)分子整流是完全可行的。最后,我們研究了基于同一分子在不同空間構型下形成的三個不同的分子器件的電子輸運特性及整流效果。研究表明:旋轉中間苯環(huán)(鍵橋-π橋),能明顯改變整流效果,這是因為改變了分子軌道的離域性,這一發(fā)現(xiàn)說明通過改變鍵橋的空間取向能有效地調控分子整流器的整流性質,這對于設計新型分子整流器有