分子整流器電子輸運(yùn)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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、主要的研究方法及基本理論。在此基礎(chǔ)上,我們重點(diǎn)研究了分子整流器的電子輸運(yùn)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(yùn)特性及整流效果。計(jì)算結(jié)果表明:盡管我們四個(gè)體系的電子結(jié)構(gòu)與Aviram-Ratner理論完全吻合,它們的整流方向卻完全相反。細(xì)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(fèi)

2、米能級發(fā)生移動所致。由這種整流機(jī)制所導(dǎo)致的整流方向與A-R整流機(jī)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(jī)制,整流效果取決于哪種整流機(jī)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(yùn)性質(zhì)。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(gòu)建分子器件,利用第一性原理方法計(jì)算其輸運(yùn)性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明:在此種非

3、對稱結(jié)構(gòu)中,由于左右電極具有不同的能帶結(jié)構(gòu),分子與左右電極接觸面上將產(chǎn)生非對稱肖特基勢壘,進(jìn)而導(dǎo)致整流。這意味著通過選用非對稱電極材料來實(shí)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(gòu)型下形成的三個(gè)不同的分子器件的電子輸運(yùn)特性及整流效果。研究表明:旋轉(zhuǎn)中間苯環(huán)(鍵橋-π橋),能明顯改變整流效果,這是因?yàn)楦淖兞朔肿榆壍赖碾x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(diào)控分子整流器的整流性質(zhì),這對于設(shè)計(jì)新型分子整流器有