学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

分子电子器件第一性原理设计

作　者: 周艳红
导　师: 曾朝阳
学　校: 江西师范大学
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
分类号: O561
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 188次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

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,我们系统地研究了Al/HCOO-C6H4-（CH2）n-S/Al体系的导电性质。体系的平衡电导随着CH2数目n（0≤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Au7和Ag3输运性质的影响。平面结构的Au7和Ag3团簇放在具有有限截面的Al（100）电极中。对于每种团簇,我们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Al（100）-Au7-Al（100）分子器件中,团簇Au7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Al（100）-Ag3-Al（100）中出现了恰好相反的现象。第五章我们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Al（100）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H2O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H2O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,我们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


中文摘要  5-7
英文摘要  7-9
第一章 导论  9-22
  1.1 分子导体研究概况  9-14
  1.2 论文工作的内容和意义  14-16
  参考文献  16-22
第二章 理论计算方法  22-50
  2.1 第一性原理计算是什么  22-23
  2.2 密度泛函理论  23-28
    2.2.1 引言  23-24
    2.2.2 Hohenberg-Kohn定理  24
    2.2.3 Kohn-Sham方程  24-26
    2.2.4 局域密度近似(LDA)  26-27
    2.2.5 自洽求解一般过程  27-28
  2.3 Landauer-Büttiker公式  28-29
  2.4 非平衡格林函数法  29-45
    2.4.1 平衡格林函数的定义  29-31
    2.4.2 非平衡格林函数方法  31-34
    2.4.3 分子(量子点)导体中的电流  34-37
    2.4.4 分子(量子点)的Dyson方程和Keldysh方程  37
    2.4.5 分子导体中电流的第一原理计算  37-43
    2.4.6 非正交轨道  43-45
  2.5 计算程序简介及其进一步完善  45-47
  参考文献  47-50
第三章 不对称分子中的整流效应第一性原理研究  50-59
  3.1 引言  50-51
  3.2 模型和计算方法  51-52
  3.3 结果与讨论  52-56
  3.4 小结  56-57
  参考文献  57-59
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  59-66
  4.1 引言  59-60
  4.2 模型和计算方法  60-61
  4.3 结果与讨论  61-64
  4.4 小结  64-65
  参考文献  65-66
第五章 水分子对碳链输运性质影响的第一性原理研究  66-76
  5.1 引言  66-67
  5.2 模型和计算方法  67-68
  5.3 结果与讨论  68-72
  5.4 小结  72-74
  参考文献  74-76
第六章 论文总结与展望  76-78
  6.1 论文主要内容总结  76-77
    6.1.1 不对称分子中的整流效应第一性原理研究  76
    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  76-77
    6.1.3 水分子对碳链输运性质的影响  77
  6.2 论文的主要创新点及对未来工作的展望  77-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79
致谢  79-80

相似论文

  1. 掺杂锐钛矿型二氧化钛光催化性能的第一性原理计算,O643.36
  2. 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
  3. 固体氧化物燃料电池负极材料Srn+1TinO3n+1（n=1,2,3,∞）的第一性原理研究,TM911.4
  4. Fe-C团簇输运的第一性原理研究,O469
  5. V掺杂ZnO的第一性原理研究,TN304.7
  6. Bi_2Se_3晶体p-型掺杂的第一性计算及其制备研究,TN304.2
  7. 分子器件电子输运性质的研究,O469
  8. 掺杂LiFePO_4第一性原理计算和超交换作用研究,TM912
  9. 锂离子电池正极材料LiMPO_4（M=Mn，Fe）的第一性原理研究,TM912
  10. 掺杂LaAlO_3电子结构和光学性质的第一性原理研究,O614.331
  11. 几种材料的液态结构和动力学性质的第一性原理研究,TB301
  12. ZnO基稀磁半导体磁特性研究的第一性原理计算,O484.43
  13. 氡气其子体团簇的研究,O572.2
  14. H_2O和CeO_2基材料相互作用的第一性原理研究,O469
  15. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  16. TiO_2几何结构、电子结构和光学性能的第一性原理研究,TN304.21
  17. Si表面吸附及Si掺杂缺陷GaN磁性的研究,TN304.12
  18. Ge/SiO_2纳米镶嵌薄膜光电性质的模拟计算分析,O484.4
  19. 锐钛矿TiO_2的掺杂改性和光催化性质的研究,O643.36
  20. NaAlH_4吸氢过程中Ti的催化机理的第一性原理研究,TG139.7
  21. TiAl金属间化合物力学性质及理论机制的计算研究,TG146.23

中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 分子物理学、原子物理学 > 分子物理学
© 2012 www.xueweilunwen.com