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功能化有机小分子器件中的电荷传输机理研究

作　者: 张航
导　师: 陈克求
学　校: 湖南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳米材料结构中的电子输运负微分电阻效应分子整流
分类号: O469
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 32次
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内容摘要

近年来，伴随着微观组装技术和微观操控技术的迅速发展，人们可以在纳米尺度操控单个分子并将其制造成具有特定功能的分子器件。大多数科学家认为，这些分子器件将是接近尺度极限的传统电子器件的最适合的替代者。因此，不论在实验，还是理论上都吸引了极大的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对由“电极-分子-电极”组成的体系的电子输运性质进行了理论模拟计算，并分析其内部机理。我们的研究针对有机小分子构成的功能分子器件中的一些重要的物理问题来展开，系统地讨论了影响分子器件电子输运性质的一些热点问题，比如分子与电极间的相互作用、官能团对分子器件的影响等。得到了一些与实验数据相一致的理论预测结果，并对研究分子器件的导电机理和设计功能分子器件提供了一定的理论帮助。本文首先概括地介绍了分子器件的一些基本概念和电子输运性质的研究进展，然后对第一性原理计算和格林函数方法进行了简要介绍，并提出了分子器件电子输运性质的第一性原理研究方案。利用非平衡格林函数和第一性原理计算，我们首先研究了四苯分子通过非对称连接在两个金电极之间组成的双分子器件的电子输运行为。计算结果表明，分子与电极间的相互作用对体系的导电性质具有重要影响。通过改变四苯分子与电极的距离以及连接方式，即改变分子与电极间的耦合强度，我们发现分子器件的电子输运性质随分子与电极间的耦合强弱变化，而发生了相应的改变。我们还研究了官能团取代对有机共轭分子乙酯基分子器件电子输运性质的影响。计算结果表明，当氨基取代乙酯基分子的氢原子后，分子轨道HOMO被局域。但当硝基取代乙酯基分子的氢原子后，分子的LUMO轨道被局域。我们也可以发现，在双羟基和双氨基取代乙酯基分子的氢原子时，分子器件的电子传输能力大大减弱。但在双硝基取代分子的氢原子时，器件的电子传输能力被大大增强了。大部分乙酯基分子被官能团取代后，器件会出现负微分电阻效应。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
第1章绪论  11-32
  1.1 引言  11-12
  1.2 分子器件概述  12-18
    1.2.1 分子器件的研究进展  12-13
    1.2.2 分子器件的新性质  13-18
    1.2.3 分子器件的实验研究  18
  1.3 分子体系的第一性原理计算  18-25
    1.3.1 密度泛函理论  19-23
    1.3.2 格林函数方法  23-25
  1.4 分子器件中的电子输运性质  25-30
    1.4.1 分子器件中电流计算公式  26
    1.4.2 分子器件电流计算公式推导  26-28
    1.4.3 分子器件中电流值的具体计算方案  28-30
  1.5 相关计算软件介绍  30-32
    1.5.1 Atomistix Toolkit (ATK)  30
    1.5.2 Material Studio (MS)  30-32
第2章四苯分子器件电子输运性质的理论研究  32-40
  2.1 引言  32-33
  2.2 计算模型与方法  33-34
  2.3 计算结果与讨论  34-39
  2.4 本章小结  39-40
第3章含官能团乙酯基分子器件负微分电阻理论研究  40-48
  3.1 引言  40
  3.2 计算模型与方法  40-42
  3.3 计算结果分析与讨论  42-46
  3.4 本章小结  46-48
结论  48-50
参考文献  50-55
致谢  55-56
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  56

功能化有机小分子器件中的电荷传输机理研究

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