利用分子的電學(xué)性質(zhì)制備多功能、高性能的分子電子器件,已經(jīng)成為分子電子學(xué)的研究熱點(diǎn)之一�；诜肿犹厥獾碾妼W(xué)性質(zhì),已經(jīng)構(gòu)建出功能各異的分子開關(guān)、分子存儲(chǔ)器、分子整流器、自旋閥及分子導(dǎo)線等分子電子器件。有機(jī)共軛小分子及其低聚物具有容易合成、來源廣泛、方便使用化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾、結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),常常被用來構(gòu)造分子器件�；诿芏确汉碚摻Y(jié)合非平衡格林函數(shù)第一性原理計(jì)算方法,本文研究了石墨烯納米帶非磁性電極、磁化電極情況下的同分異構(gòu)喹啉分子結(jié)和苯醌分子結(jié)的電子輸運(yùn)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)了雙自旋二極管效應(yīng)、自旋濾波效應(yīng)、負(fù)微分電阻效應(yīng)、開關(guān)效應(yīng)和分子整流效應(yīng)等獨(dú)特的電子輸運(yùn)性質(zhì)。主要研究內(nèi)容如下:第一章介紹了電子器件的定義,并簡單分析了電子器件由硅基半導(dǎo)體材料向微觀分子方向發(fā)展的原因;然后簡單介紹了分子電子器件的研究進(jìn)展及負(fù)微分電阻現(xiàn)象、自旋過濾現(xiàn)象、分子整流現(xiàn)象和分子開關(guān)效應(yīng),最后介紹了分子電子器件材料及本文的研究內(nèi)容及其科學(xué)意義。第二章介紹了分子電子器件輸運(yùn)理論計(jì)算方法,通過密度泛函理論、非平衡格林函數(shù)的方法,以及由密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的方法推導(dǎo)出雙探針分子電子器件輸運(yùn)性質(zhì)計(jì)算的透射系數(shù)、電流和... 

【文章來源】：吉首大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

負(fù)微分電阻現(xiàn)象，引自文獻(xiàn)[13]

第1章緒論第3頁利用密度泛函計(jì)算理論方法成功地解釋了OPE分子非線性電流特性的原因，而在2001至2002年期間，F(xiàn)an等人致力于硝氨基的OPE分子的實(shí)驗(yàn)，并且從實(shí)驗(yàn)上論證了含硝氨基的OPE分子的確能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)[15,16]。2003年，西北大學(xué)的Guisinger等人[17]采用掃描隧道顯微鏡方法測量了硅表面單個(gè)有機(jī)分子的電荷輸運(yùn)性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)觀察到了明顯的負(fù)微分電阻現(xiàn)象，如圖1.2所示。如今，負(fù)微分電阻現(xiàn)象在生活中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，如快速電子開關(guān)、放大電路等。圖1.2有機(jī)單分子Styrene束縛在n型硅表面出現(xiàn)的NDR效應(yīng)。（a）模型圖；（b-c）STM技術(shù)結(jié)果展示圖；（d-e）I-V曲線圖展示明顯的NDR效應(yīng)，引自文獻(xiàn)[17]。科學(xué)家們對于產(chǎn)生負(fù)微分電阻現(xiàn)象的原因分析主要有以下幾個(gè)方面：分子及電極間的相互作用[18,19]，整個(gè)器件內(nèi)部原子間的電荷的轉(zhuǎn)移[20,21]分子上面連接的側(cè)基團(tuán)的影響[22,23]，分子在偏壓下導(dǎo)致的分子結(jié)構(gòu)的變化從而引起的分子能態(tài)變化[24]，分子在傳輸當(dāng)中的電子傳輸通道的影響[25]等。1.3.2自旋過濾現(xiàn)象就一個(gè)分子電子器件來說，電子僅存在自旋向上與自旋向下方向。當(dāng)一個(gè)自旋方向上的電子呈現(xiàn)出導(dǎo)體的性質(zhì)，即這個(gè)自旋方向上電流能夠通過；而另一個(gè)自旋方向上的電子則呈現(xiàn)出絕緣體的性質(zhì)，即這個(gè)自旋方向上電流不能夠通過，這種輸運(yùn)現(xiàn)象稱之為自旋過濾現(xiàn)象。

第1章緒論第4頁圖1.3苯分子器件模型示意圖和I-V曲線，引自文獻(xiàn)[26]。自旋過濾概念最早是由美國物理學(xué)教授Moodera提出的[27]，Moodera等人在1988年的Au/EuS/Al隧道結(jié)中的隧道電流中觀察到多達(dá)80％的電子自旋極化。隨后，從理論上研究自旋過濾現(xiàn)象開始興起、發(fā)展。比如，人們通過第一性原理的方法研究了以金作為電極、用硫原子連接的小分子做中心區(qū)的分子器件[28,29]。SabyasachiSen和SwapanChakrabarti[26]用金作為電極，中間通過鈷原子Co來連接單苯分子，發(fā)現(xiàn)在低偏壓下，器件的自旋極化率可以達(dá)到99%。圖1.4單碳鏈分子器件及其自旋過濾效應(yīng)，引自文獻(xiàn)[30]。除了用金屬作為電極以外，人們還利用石墨烯、二硫化鉬等二維層狀材料作為電極。Zeng等人用兩個(gè)鋸齒型石墨烯納米帶作為電極，單原子碳鏈作為中心區(qū)，（如圖1.4所示）構(gòu)建了具有自旋過濾功能的分子器件[30]，他們通過改變連接在電極之間的中心區(qū)單原子碳鏈中的碳原子奇偶數(shù)目，來進(jìn)行全碳分子器件的自旋輸運(yùn)行為的研究。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)器件的鋸齒型石墨烯納米帶電極處于平行狀態(tài)時(shí)，器件呈現(xiàn)出100%的自旋過濾效應(yīng)，并且這種自旋過濾效應(yīng)與中心區(qū)碳鏈中碳原子數(shù)目沒有關(guān)系。Fan等人[31,32]研究了鋸齒型石墨烯納米帶電極中間加分子和分子氧


本文編號(hào)：3062632