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低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的理论研究

作　者: 林晓那
导　师: 任俊峰
学　校: 山东师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 功能分子器件整流非平衡格林函数方法密度泛函理论
分类号: O561
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着电子器件不断微型化发展，分子器件的研究受到人们越来越多的关注。除了分子器件自身性质以外，外界条件，如压力、温度、电场、光场以及溶液酸碱度等因素均对分子器件结构及电输运性质产生影响。通过改变溶液的pH值来操控分子器件的电荷输运性质已成为行之有效的化学手段之一。同时，许多研究表明分子线的侧基在决定分子器件电输运性质的因素中起着至关重要的作用。氨基和羧基是一对特别的基团，在酸性环境下氨基容易被质子化，而在碱性环境下羧基容易去质子化。到目前为止，虽然人们对带有氨基和羧基分子的电荷输运性质已经开展了部分研究，但是pH值调控含有氨基和羧基基团分子结的电荷输运性质的机理还需要进一步的理解。本文以低聚苯亚乙炔基（Oligophenyleneethynylene，OPE）分子结为例，利用密度泛函理论与非平衡格林函数方法相结合，研究了氨基和羧基取代的OPE分子结的电输运特性，讨论了酸性和碱性溶液环境对其导电性能和整流特性的影响。酸性和碱性溶液对分子结构的影响通过质子化和去质子化模拟。计算结果表明，中性环境下分子器件具有良好的导电性和微弱的整流效应；碱性溶液羧基去质子化后，分子器件电流值增长近一倍，但整流效应变化不明显；酸性溶液氨基质子化后，分子器件正向偏压导电性能略微降低，但整流方向发生明显反转，且与中性环境下的情况相比，整流比提高了近三倍。通过进一步分析可知，质子化和去质子化改变了前线分子轨道的能级和波函数的空间分布，进而影响了分子结偏压下的电荷输运性质。本文提出了一种利用化学手段来控制分子结的导电能力和整流性能的方法。

全文目录

目录  4-5
中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章前言  7-21
  1.1 分子电子学简介  7-8
  1.2 功能分子器件及其研究进展  8-15
    1.2.1 几种典型的分子器件  9-10
    1.2.2 分子电子器件的研究方法  10-13
    1.2.3 分子整流器件及其研究进展  13-15
  1.3 溶液酸碱性操控分子结电荷输运性质的相关研究  15-16
  1.4 拟开展的研究内容  16-17
  本章参考文献  17-21
第二章分子器件电输运性质的理论方法  21-37
  2.1 密度泛函理论方法  21-27
    2.1.1 Born-Oppenheimer 近似  21-22
    2.1.2 Heisenberg-Kohn 定理  22-23
    2.1.3 Kohn-Sham 方程  23-25
    2.1.4 交换关联势  25-27
  2.2 量子输运中的非平衡格林函数方法  27-35
    2.2.1 量子输运问题  27-28
    2.2.2 基于密度泛函的非平衡格林函数方法  28-32
    2.2.3 基于密度泛函理论的非平衡格林函数自洽过程  32-35
  本章参考文献  35-37
第三章溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响  37-45
  3.1 引言  37
  3.2 理论方法及计算细节  37-39
  3.3 计算结果与讨论  39-42
  3.4 结论  42-43
  本章参考文献  43-45
第四章总结与展望  45-47
  4.1 本文工作总结  45
  4.2 工作展望  45-47
攻读硕士学位期间发表的论文  47-49
致谢  49

低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的理论研究

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