Mg、Na原子嵌入对富勒烯C32分子的电子结构与传输特性的影响

采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）方法对嵌入Na和Mg的富勒烯C₃₂分子Mg@C₃₂和Na@C₃₂连接面电极Au（1,1,1）所构成的分子器件进行了电子结构与传输特性的理论研究.得出了2个分子桥的电子结构、电子传输概率及伏安（Ⅰ-Ⅴ）特性.分析了影响电子结构与电子传输特性的因素.结果表明,金属Mg原子和Na原子的嵌入都大大增强了C₃₂分子的电子传输性能.     

Au电极连接富勒烯C32分子的电子结构与传输特性

采用基于密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数(NEGF)的第一性原理方法对富勒烯C₃₂分子及在C₃₂分子的距离最远的两个碳原子处连接Au(1,1,1)电极的分子器件进行了电子结构和电子输运性质的研究.考虑到中间分子与Au电极间距离变化的情况,通过计算得出了在不同距离下分子器件的电子传输谱和I-V特性,分析了各器件的电子结构和电子输运特性产生的原因,并分析了电极与中间分子的连接距离及门电压对分子器件电子输运的影响.得出了电极与所连接的中间分子之     

C50富勒烯分子的电子结构与传输特性研究

本文构建了Au原子面为电极的富勒烯C50分子的电子输运模型, 使用非平衡格林函数方法(Non-equilibrium Green's function, NEGF)对构建的Au电极和C50分子构成的分子器件进行了电子传输性质的计算. 通过计算得出了电子透射谱、电导曲线和电流电压曲线, 分析了产生这个分子器件电子输运性质的原因. 研究计算结果发现：C50分子具有量子器件的开关特性,并具有明显的半导体特征.     

石墨烯电极弯折对2-苯基吡啶分子器件负微分电阻特性的调控和机理

采用非平衡格林函数结合密度泛函理论探讨了以锯齿型石墨烯纳米带为电极、2-苯基吡啶分子为中心区的分子器件电子输运性质.分析I-V特性及透射谱随偏压的变化表明,电极弯折能够调控器件负微分电阻特性,使器件峰值电压(V_p)减小、电流峰谷比(PVR)增大,当电极弯折角度为15°时,器件获得低峰值电压(0.1 V)、高电流峰谷比(12.84)的负阻特性.平衡态下器件的透射谱、态密度、散射态实空间分布图及投影态密度解释了器件负阻特性被调控源于电极弯折使器件中心分子与电极间的波函数交叠发生变化,导致两者间耦合减弱.弱耦合下外加偏压后,器件的透射系数因能级移动和偏压的变化而产生大幅波动,使器件在低偏置电压处即出现大的透射系数,产生峰值电流I_p,降低了器件的V_p,且增大了PVR值,其所获得的低V_p、高PVR的负阻特性在低功耗分子电子领域具有潜在的应用前景.     

拓扑石墨烯电极分子器件输运特性

利用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,研究了不同拓扑能带结构的石墨烯电极分子器件输运特性.结果表明器件导通电压与电极禁带宽度正相关,同时器件在输运过程中表现出负微分电阻特性,峰谷电流比可达2697.分析认为器件导通源自于偏压升高过程中两电极能带匹配.器件负微分电阻特性源自于偏压升高过程中两电极能带交错.散射态分析表明,能带匹配后散射态分布较为离域,有利于电子通过器件.能带交错后散射态局域于电极处,表明电子输运受到抑制.     

富勒烯C20分子器件的电子结构和传导特性

运用基于密度泛函理论和基于非平衡格林函数的第一性原理方法研究了富勒烯C20分子及连接电极构成的C20分子器件的电子结构及电子输运性质.构建了三个基于C20分子的嵌入K和Si原子的电子输运系统,并得到了电子透射谱和分子轨道分布.分析了三种器件的电子结构和输运性质的产生原因,说明C20分子器件的电子传导主要集中在外壳.在C20分子空笼中嵌入K和Si原子后,其电子输运仍然主要集中于富勒烯C20的外壳.     

C72 富勒烯的电子结构与电子传导研究

本文利用基于密度高泛函理论(DFT)和非平衡格林函数的第一性原理方法对富勒烯C72分子及连接电极构成的C72分子器件进行了电子结构及电子输运性质的研究.计算出了电子透射谱和分子轨道分布,分析了器件的电子结构和输运性质的产生原因. 结果显示C72分子器件的电子传输主要集中在分子壳上. 伏安曲线显示C72分子具有半导体特征.     

D-B-A分子整流特性的端基效应

利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法,研究了基于同一D-B-A分子在改变端基后形成的4个不同的分子器件的电子输运特性及整流效果.研究表明:端基的改变,能明显影响分子器件的整流效果,这是因为端基能影响分子与电极的耦合程度,从而改变了分子轨道的离域性,进而影响分子的电子输运特性及整流效果.更有趣的是,由于分子轨道HOMO和LUMO随偏压极性不同的非对称移动,导致整流器的整流方向与Aviram和Ratner分子整流器相反. 关键词： 分子整流器 端基 密度泛函理论 非平衡格林函数     

分子电子器件简化模型的电子透射谱的计算

基于分子线耦合到电极的构成特点,采用简化的非对称多势垒连续隧穿模型模拟复合分子器件偏压下的电子隧穿过程,推导电子透射谱的解析表达式,同时计算垒宽、垒距、垒高、电子有效质量和所加偏压等参数与透射系数的关系,结果发现：当电子的能量为某些值时,出现明显的共振隧穿,且透射系数对这些参数的变化非常敏感,这表明可以通过适当的控制方式（如改变复合分子组成、构型等）来修改分子电子器件的输运性质. 关键词： 分子器件 非对称势垒模型 电子透射谱 共振隧穿     

空富勒烯C36和嵌入Mg原子的C36分子的电子学特性研究

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了富勒烯C36分子和以金原子面为电极的Au-S-C36-S-Au电子传输系统的电子结构和传输特性.然后将镁原子嵌入C36笼腔内得到了一个新的分子器件Mg@C36,接金电极后建立了它的电子传输系统Au-S-Mg@C36-S-Au,并且得出了这一系统的电子能级、分子轨道分布、传输概率、态密度、伏安特性和电导曲线.结果显示C36和Mg@C36的电子传导主要集中在分子壳上,且系统Au-S-C36-S-Au中的电子传输主要分布在分子壳的外侧,而系统Au-S-Mg@C36-S-Au中的电子传输在分子壳外侧和内侧的近似相同,二个系统都有着非线性的Ⅰ-Ⅴ特性和电导曲线.     

Electron transport through asymmetric DNA molecules

We investigate quantum mechanical electron transport along the long axis of the DNA molecule using an effective tight-binding model. The overall contour plot of transmission, the current-voltage characteristics, and the differential conductance are examined for the variation of backbone onsite energy, the energy-dependent hopping strength, and the contact coupling between the leads and the DNA molecule. It is shown that as backbone asymmetry increases, the merging and collapse of the two mini-bands take place and an extra resonance peak in the transmission appears. In addition, we present the modulation of voltage threshold in the current-voltage curves and a double-peak structure in the differential conductance due to the disappearance of the merged mini-band. Finally, in the Coulomb blockade regime of asymmetric contact coupling, a distinct and under-unity resonance in the transmission appears due to the interference effects between the DNA molecular bands and the electronic structure of the leads at the DNA-lead interface.     

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.     

Transport properties of poly(GACT)-poly(CTGA) deoxyribonucleic acid: A ladder model approach

In this paper, based on the tight-binding Hamiltonian model and within the framework of a generalized Green’s function technique, the electronic conduction through the poly(GACT)-poly(CTGA) DNA molecule in SWNT/DNA/SWNT structure has been numerically investigated. In a ladder model, we consider DNA as a planar molecule containing M cells and four further sites (two base pair sites and two backbone sites) in each cell, sandwiched between two semi-infinite single-walled carbon nanotubes (SWNT) as the electrodes. Having relied on Landauer formalism, we focussed on studying the current-voltage characteristics of DNA, the effect of the coupling strength of SWNT/DNA interface and the role of tube radius of nanotube contacts on the electronic transmission through the foregoing structure. Finally, a characteristic time was calculated for the electron transmission, which measures the delay caused by the tunnelling through the SWNT/DNA interface. The results clearly show that the calculated characteristic time and also the conductance of the system are sensitive to the coupling strength between DNA molecule and nanotube contacts.     

Quantum Spin Transport in Rashba Spin-Orbit-Coupled Graphene Nanoflakes

We study the spin-resolved transport in a two-terminal graphene nanoflake device with a Rashba spinorbit coupling region in the center of the device. The Green's function method is applied to the system and the spin transmission probability and the spin polarization in x, y, and z directions are calculated. It is found that the components of the spin polarization are antisymmetric functions of Fermi energy, which oscillate and decay to the zero with increasing the energy for all values of the Rashba strength. It is shown that by tuning the Rashba strength via a gate voltage and/or changing the size of the system, it is possible to control the sign and magnitude of the spin polarization. The system represented here is a typical candidate for full electrical spintronic devices based on the carbon materials that are used for spin filtration.     

自旋轨道耦合和电势共同调节的石墨烯中的自旋极化性质

近年来,石墨烯中电子的自旋相关输运引起了越来越多的关注.本论文应用转移矩阵的方法讨论了石墨烯中具有单个界面或者两个界面的结构中,受到自旋-轨道耦合作用和电势的共同影响下自旋相关的输运性质.对于单个界面结构,由于自旋-轨道耦合作用导致能级产生劈裂,在固定的入射能量下,电子在自旋-轨道耦合区域产生两种传播模式.在自旋-轨道耦合区域加了电势后,透射几率和模式临界角都会受到较大的影响.对于两个界面结构,粒子的透射几率不仅与入射角有关,还与自旋-轨道耦合区域的宽度和自旋进动长度有关,而电势对同自旋方向的传输几率以及自旋反转的几率都有影响,适当地选取系统的参数和电势的大小,可以控制出射的电子自旋方向,实验上可以用来设计自旋反转器或者或者自旋控制器.     

Theoretical investigation on current–voltage characteristics in all-carbon molecular device with different contact geometries

Applying nonequilibrium Green's functions in combination with the first-principles density-functional theory, we investigate electronic transport properties of an all-carbon molecular device consisting of one phenalenyl molecule and two zigzag graphene nanoribbons. The results show that the electronic transport properties are strongly dependent on the contact geometry and device's currents can drop obviously when the connect sites change from second-nearest sites from the central atom of the molecule (S site) to third-nearest sites from the central atom of the molecule (T site). More importantly, the negative differential resistance behavior is only observed on the negative bias region when the molecule connects the graphene nanoribbons through two T sites.     

光学极化子性质对耦合强度和磁场的依赖性

应用线性组合算符和幺正变换方法,研究磁场和耦合强度对光学极化子性质的影响。数值计算表明:当电子接近晶体表面时,光学极化子的振动频率、基态能量和第一激发能仅与磁场有关,且随磁场强度的增强而增大;当电子远离晶体表面时,基态能量和第一激发能与磁场强度和耦合参数均有关,且随磁场强度和耦合参数的增加而增加。     

Phonon effects in tunnelling through a double quantum dot molecule

Phonon effects in tunnelling through a double quantum dot molecule are investigated by use of a recently developed technique, which is based on an exact mapping of a many-body electron-phonon interaction problem onto a multichannel one-body problem. The molecule is sandwiched between two ideal electrodes and the electron at each dot of the molecule interacts independently with Einstein phonons. Single-electron transmission rates through the molecule are computed and the nonlinear spectrum obtained shows a structure with many more satellite peaks due to the excitations of phonons. The strength of resonant peaks is found to be strongly dependent on the number of excited phonons. The effects of electron-phonon interaction on the current and shot noise, depending on the voltage bias applied at the two electrodes as well as the potential energy of the molecule, are discussed.     

电场对1,4-苯二甲氰分子电输运特性的影响

用从头算理论和弹性散射格林函数的方法,计算电场作用下的1,4-苯二甲氰分子体系的电子结构及其电导和电流.结果表明:电场使体系在分子和电极间存在电荷转移和重新分布,分子与电极接触面附近出现电子积聚区和电子耗散区,从而产生附加电偶极子,对分子的电导和电流产生抑制.此外,对分子轨道能级和分子与电极的耦合系数的影响也比较明显,导致分子的伏-安特性在考虑电场作用前后有一定的差异.     

金属/C2H2/金属结构中的电子输运

在紧束缚近似下,利用转移矩阵法对“金属/C2H2/金属”结构的分子导线的电子输运性质进行了研究。通过转移矩阵法求出转移矩阵和散射矩阵,从而解析地得到体系的透射系数和态密度的变化,并详细分析了透射系数对C2H2与金属的耦合强度及两个(CH)间的耦合强度的依赖关系。我们的结果显示这种结构的分子导线有着较好的开关特性。