苯乙炔分子器件整流特性研究.pdf

1、近年來，微電子加工技術(shù)迅速發(fā)展起來，電子器件的尺寸也隨之縮小至納米尺度，這就迫使研究者們拋開傳統(tǒng)的經(jīng)典理論，轉(zhuǎn)而運用量子層次上的理論去尋找具有各種不同功能的納米量級的分子器件。作為電路系統(tǒng)中最重要的基本單元之一，分子二極管或者說是分子整流器一直備受理論和實驗工作者的關(guān)注。一般來說，分子結(jié)的整流性質(zhì)可以歸結(jié)于分子本身的非對稱性或者分子電極接觸的非對稱性。
　　最近，一系列苯乙炔分子在實驗上合成并被研究。實驗中發(fā)現(xiàn)苯乙炔分子具有優(yōu)良的

2、導電性能，進一步的研究表明苯乙炔分子的導電性能會隨著其分子長度以及分子共軛類型的改變而改變，另外實驗者們也發(fā)現(xiàn)基于自組裝單分子膜技術(shù)合成的此類分子表現(xiàn)出較明顯的整流現(xiàn)象。截止目前，實驗與理論工作者對此類分子已經(jīng)進行了一系列研究，但是也存在一些尚待解決的問題，比如在理論上如何討論其整流機制，如何調(diào)控此類分子的整流性能等等。
　　本文利用基于密度泛函理論的非平衡格林函數(shù)方法，研究了鍵橋共軛類型對于苯乙炔分子整流性質(zhì)的影響，討論了引入非

3、對稱的側(cè)基以及末端基團這兩種方式對苯乙炔分子整流的調(diào)控，并且在理論上對整流機制進行了分析以及解釋。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.D-bridge-A分子鍵橋共軛性質(zhì)對非對稱側(cè)基取代的苯乙炔分子整流性質(zhì)的影響
　　在第一性原理的基礎(chǔ)上，研究了非對稱側(cè)基取代后的三種苯乙炔分子，即線性共軛的蒽分子(sAC)、交叉共軛的9,10-蒽醌分子(sAQ)、共軛被破壞的二氫化蒽分子(sAH)，具體研究了分子鍵橋的共軛性質(zhì)對三種分子整流性

4、質(zhì)的影響，并且從理論上進行了進一步分析和解釋。理論研究結(jié)果表明，苯乙炔分子的整流性質(zhì)與中間鍵橋的共軛性質(zhì)呈負相關(guān)關(guān)系，相比于sAC以及sAQ分子，共軛被破壞的 sAH分子具有更顯著的整流性質(zhì)。進一步分析透射譜、MPSH以及前線分子軌道分布表明，sAH分子整流性質(zhì)的提升是由共軛破壞引起的前線分子軌道的局域化以及分子軌道在正負偏壓下的演化的非對稱性所導致的。
　　2.D-bridge-A分子鍵橋共軛性質(zhì)對非對稱末端基團的苯乙炔分子整流

5、性質(zhì)的影響
　　利用基于密度泛函理論的非平衡格林函數(shù)方法，研究了硫基-氰基作為末端基團的三種苯乙炔分子AC、AQ、AH分子，具體研究了分子鍵橋共軛性質(zhì)對三種分子整流性質(zhì)的影響以及非對稱的硫基-氰基末端基團對苯乙炔分子整流性質(zhì)的調(diào)控。研究結(jié)果表明，當把交叉共軛的AQ分子改為線性共軛的AC分子時，分子的整流性能得到提高，并且其整流方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。而對于共軛被破壞的AH分子來說，其整流性能得到進一步提高。通過分析分子能級以及透射譜得到，整

6、流方向的反轉(zhuǎn)主要是由正負偏壓下前線分子軌道的非對稱移動導致的。AH出現(xiàn)顯著整流是由共軛破壞所導致的局域前線分子軌道在正負偏壓下的非對稱演化所導致的。
　　論文主要分為五章，第一章為前言部分，主要介紹了分子二極管的整流類型以及最近關(guān)于整流的實驗以及理論研究進展，最后介紹了一下苯乙炔分子器件最新進展。第二章為理論部分，首先給出了絕熱近似以及哈特里-?？朔椒ǎ℉artree-Fock），隨后主要介紹了密度泛函理論（DFT）以及非平衡格林