C60分子器件电子输运性质的第一性原理研究

论文摘要

近年来,电子器件的不断小型化激起了人们对分子器件的研究兴趣。目前已经设计出了各种单分子电子器件如分子导线、分子开关、分子二极管、分子场效应管、分子传感器等等,一些新颖的物理现象包括分子开关、分子整流、负微分电阻效应、分子记忆效应等已经被报道了,分子器件将在开关、整流、光电子、记忆器件、逻辑电路等领域有着重要的应用前景。本文基于非平衡格林函数理论与密度泛函理论相结合的第一性原理方法系统地研究了C60分子器件的电子输运性质。研究了由一个C60分子和（5,5）碳纳米管电极组成分子器件的电子输运行为,重点考虑了吸附气体小分子对分子器件电子输运性质的影响。结果表明,吸附H2O分子和CO分子对分子器件的电流-电压特性影响很大,而吸附NO2分子则几乎没有影响。当吸附H2O分子时,我们在特定的偏压区域还发现了明显的负微分电阻现象,本工作也详细分析了负微分电阻效应的形成机理。研究了基于双C60分子与（5,5）碳纳米管电极组成双分子器件的电子输运性质,研究结果表明,通过改变两个C60分子之间的相对距离可以调制分子器件的电学性质。在这样的器件中,我们能实现分子器件的两种开关,即机械调控开关和电控开关,同时我们也观察到了多重负微分电阻效应。这些结果将在分子开关器件方向具有重要的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 分子电子学与分子器件
• 1.2 分子器件研究最新进展与新现象
• 1.2.1 负微分电阻现象
• 1.2.2 分子开关效应
• 1.2.3 分子导线
• 1.2.4 分子整流现象
• 1.2.5 单电子隧穿效应
• 1.2.6 量子化电导
• 1.2.7 库仑阻塞效应
• 1.3 分子电子学理论基础
• 1.3.1 量子化学简介及其基本近似
• 1.3.2 密度泛函理论
• 1.3.3 交换相关能量泛函
• 1.3.4 格林函数方法
• 1.4 本文的主要工作及意义
• 60分子器件电子输运性质的影响'>第2章 气体吸附对C₆₀分子器件电子输运性质的影响
• 2.1 引言
• 60与碳纳米管'>2.2 C₆₀与碳纳米管
• 2.3 分子吸附与分子传感
• 2.4 计算模型构建与研究方法
• 2.4.1 研究方法介绍
• 2.4.2 计算模型构建与具体计算细节
• 2.5 计算结果分析与讨论
• 2.6 本章小结
• 第3章 分子间相互作用引起的双机制分子开关
• 3.1 引言
• 3.2 模型与计算方法
• 3.2.1 研究方法介绍
• 3.2.2 计算模型构建与具体计算细节
• 3.3 计算结果分析与讨论
• 3.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间发表与待发表的学术论文 目录
• 致谢