發(fā)布時間：2019-09-20 22:48

【摘要】：隨著電子元器件尺寸一步步縮小至納米量級,探究納米材料電荷屬性的納米電子學(xué)應(yīng)運而生,此時經(jīng)典理論將不再適用,需要利用量子理論來描述電子行為。作為納米電子學(xué)的一個重要分支,分子電子學(xué)是采用單分子、超分子或者分子團簇構(gòu)建功能性分子器件,并通過實驗研究或理論計算的手段來探尋其電荷輸運性質(zhì)的學(xué)科。迄今,人們已在實驗室中制備和觀測到具有分子二極管、分子開關(guān)、分子傳感器等一系列功能特征的分子器件。但諸如制備成本高、可重復(fù)性差以及集成化等問題嚴重阻礙了分子器件的應(yīng)用。為此,如何借助理論方法理解分子器件的工作原理以及發(fā)展制備器件和探測器件性能的技術(shù)成為分子電子學(xué)重要的研究內(nèi)容。本文分別研究了末端基團對電輸運性質(zhì)的影響,及多聯(lián)苯分子整流器件的分子長度效應(yīng)。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)末端基團對反式1,2-二苯乙烯的電導(dǎo)及整流性質(zhì)的影響我們研究了反式1,2-二苯乙烯通過不同末端基團連接到金電極上構(gòu)成分子結(jié)的電輸運特性。理論計算研究表明,分子結(jié)的軌道能級受末端基團的影響。當分子結(jié)兩端使用亞甲基作為末端基團時,其電流比末端基團為異氰基時的電流高出一個數(shù)量級,且比兩端選用硫醇基為末端基團分子結(jié)的電流高了兩倍。當兩端末端基團不同時,由于體系的不對稱性,體系呈現(xiàn)了整流性質(zhì)。當中間分子的碳-碳雙鍵變?yōu)樘?碳單鍵時,分子結(jié)整流性質(zhì)更明顯,整流比可達到20左右。(2)多聯(lián)苯分子整流器件的分子長度效應(yīng)我們選取多聯(lián)苯分子為中間分子,研究了分子長度效應(yīng)對多聯(lián)苯分子整流器的整流性質(zhì)的影響。數(shù)值計算表明,分子長度的增加會使分子體系的整流比有了數(shù)量級上的提升,這是由分子軌道能量的不對稱移動導(dǎo)致的。通過研究在偏壓的影響下多聯(lián)苯分子軌道能量的移動和波函數(shù)空間演化,詳細分析了多聯(lián)苯分子體系的整流機制。我們還發(fā)現(xiàn),在多聯(lián)苯分子中存在兩種影響整流方向的機制,這兩種機制在影響分子整流器的整流方向上的作用是相反的。分子器件的整流方向會隨著兩種機制主導(dǎo)地位的改變而發(fā)生改變。當分子長度增加時,這兩種機制的主導(dǎo)地位會發(fā)生轉(zhuǎn)換,從而導(dǎo)致分子體系整流方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。論文共由以下五章組成:第一章為前言,簡述了分子電子學(xué)的發(fā)展,簡單介紹了實驗和理論方面對分子器件的研究。第二章為理論計算方法,介紹了理論研究中被廣泛應(yīng)用的密度泛函理論,以及非平衡格林函數(shù)方法。同時還介紹了在計算電荷輸運性質(zhì)時所用到的自洽迭代過程。第三章詳細闡述了末端基團對反式1,2-二苯乙烯的電導(dǎo)及其對整流性質(zhì)的影響。第四章中我們計算并詳細分析了多聯(lián)苯分子整流器件的分子長度效應(yīng),闡述了上述現(xiàn)象及其機理。第五章對本文工作進行了簡單的總結(jié)以及提出對未來工作的期望。
【圖文】：

在制造和測量分子器件方面的技術(shù)已經(jīng)有了巨大的發(fā)展。控劈裂法、掃描隧道顯微鏡法、和自組裝生長、電化學(xué)輔與可控劈裂法相結(jié)合的電化學(xué)劈裂法等技術(shù)，成功地測量微鏡（STM） 年，掃描隧道顯微鏡方法就由格爾德·賓寧實驗組最早在 IB室發(fā)明，STM 的工作原理很簡單，針尖和樣品之間存在著 所示，針尖尖端極為尖銳達到了到原子量級，可以達到僅由使之與基底之間的間距，使其間距減小到小于 1nm，此時，針尖與基底之間會存在隧穿效應(yīng)，產(chǎn)生隧穿電流，如果，記錄下流過探針的電流，就可以直接測量該分子電子器

可以精確地調(diào)節(jié)溶液中的兩個金屬電極間納米量級上的間隙，在溶液中組裝好分子后把溶劑蒸發(fā)掉，在兩電極間形成更精確可控的分子結(jié)，實驗上再對形成的分子結(jié)的運性質(zhì)進一步的測量，就能得到更詳細準確的單分子器件的電荷輸運特性，得到的數(shù)加穩(wěn)定可靠。如圖 1.2 所示的是 R. Huber 實驗組運用這種方法所做的一項實驗研究。研究了將金線拉斷后的組裝分子器件的電學(xué)性質(zhì)。整個儀器是在厚度為μm 量級的絕上懸空放置一根 0.1μm 寬、0.2-0.3μm 長的金線，，然后把金線安裝在彈性鋼板上，這板是可精確控制的；鋼板的兩端用鉚釘固定好，鋼板的中部有一個推桿來精確地控制鋼板，推動推桿上下移動，可以控制鋼板發(fā)生彎曲，而放置在鋼板上的金線就會隨著發(fā)生彎曲而被拉長，然后在金線最細的地方斷開，當金線被拉斷時，有機溶劑中的有子可以組裝在被拉斷的金線兩端；這時在改變加在金線兩端的偏壓，就可以得到出該結(jié)的電輸運性質(zhì)了[4, 55]。
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN601

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 鄒斌;分子器件非彈性電子隧穿譜的理論研究[D];山東師范大學(xué);2008年

本文編號：2539047