金属电极对有机分子非弹性电子隧穿谱的影响

利用第一性原理计算金属电极下1,6-己二硫醇和1,4-二巯基苯分子结的非弹性电子隧穿谱,发现非弹性电子隧穿谱对金属电极的变化十分灵敏,并且非弹性电子隧穿谱的振动峰位置和强度与硫原子和金属电极表面的距离密切相关.结果表明电极材料和分子与金属成键的情况是影响分子结的非弹性电子输运的重要因素.理论分析进一步表明不同金属电极和有机分子的耦合能不同导致了谱峰强弱的调整.     

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     

异构二芳基乙烯分子结低偏压电导机制的第一性原理研究

本文用结合密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了具有开环和闭环两种同分异构体的二芳基乙烯衍生物分子的结构-特性关系. 该功能分子通过末端的吡啶基团连接到取向沿(111)方向的金电极. 计算结果表明，异构体分子结的不同低偏压电导主要是由于它们具有不同的电子结构. 两种构型分子结的低偏压导电都主要来自于电子隧穿最低未占据分子轨道(LUMO). 由于具有扩展的单双键交替共轭结构，闭环构型分子具有更好的导电通道. 通过计算分子结在平衡状态下的电子转移，可发现更多电子转移到闭环构型分子，导致了其LUMO能量更靠近费米能级，从而有利于低偏压下的导电性能. 结果有助于理解二芳基乙烯分子及其衍生物分子的低偏压电导机制，也为设计更高性能的同类分子开关提供理论依据.     

分子构型对分子器件伏-安特性的影响

本文选取4,4′-二巯基联苯分子通过终端S原子化学吸附于两Au原子团簇形成分子结,利用从头计算方法和弹性散射格林函数理论研究了该分子两苯环之间不同位置取向对分子能级结构以及该分子结伏安特性的影响.计算结果表明苯环扭转角增加会使分子能级发生不同程度的移动,从而引起最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)的间距增大.扭转角增大也会导致分子轨道的扩展性变差,从而使体系的导电性能降低.当扭转角为90度时,体系的导电性能最差.该工作有利于未来分子电子学器件的设计.     

Aun(n=2,3,4)团簇与乙醇分子相互作用的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了Au_n(n=2,3,4)团簇与乙醇分子的吸附机理.研究结果表明:Au_n(n=2,3,4)团簇分别能够吸附1到n个乙醇分子,生成Au_n-(C₂H₆O)_1-n配合物;Au₄团簇吸附乙醇分子有多种构型,通过分析吸附能和Mulliken电荷分布,确定了4个乙醇分子的吸附顺序及相应的稳定构型;Au_n(n=3,4)团簇在吸附最后一个乙醇分子时改变了前面Au—O成键的作用模式,而是选择Au—H成键;作为吸附主体的金团簇和被吸附的乙醇分子在吸附前后构型变化都很少,它们之间的吸附作用为弱相互作用. 关键词： 金团簇 乙醇分子 密度泛函理论     

不同取向的1,8-辛二硫醇分子的伏安特性研究

以1,8-辛二硫醇分子为研究对象,在第一性原理基础上,利用弹性散射格林函数方法,研究了1,8-辛二硫醇分子在金原子团簇上不同取向对该分子结电输运特性的影响.计算结果表明,分子与金原子团簇表面之间方位角的不同会导致分子结构、电子结构的改变,从而影响分子体系的电输运特性.当1,8-辛二硫醇分子S-S轴线与金(111)面的法线成25°夹角时,所得到的电流-电压曲线与实验值符合较好.     

小分子硫原子团簇正离子的结构稳定性

用分子图形软件设计出 4 9种硫原子团簇Sn+ (n =3～ 13)的结构 ,使用B3LYP密度泛函进行几何构型优化和振动频率计算 ,根据分子的总能量得出最稳定的同分异构体 .在硫原子团簇正离子中 ,大部分原子为二配位成键 .带有一、三配位的原子结构的总能量较高 .部分最稳定硫原子团簇正离子的构型与最稳定的中性硫原子团簇的构型完全不同 .     

电场对分子线电子结构的影响

从第一性原理出发,利用密度泛函理论计算了分子2-氨基-5-硝基-1,4-二乙炔基-4-苯硫醇基苯与金原子团形成的分子线的电子结构,从轨道、能级及吸附电子三个方面讨论了电场对分子线电子结构的影响.该工作将有利于未来纳米电子学器件的设计.     

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.     

分子间相互作用对硫醇分子膜电输运性质的影响

利用密度泛函理论和弹性散射格林函数方法,对硫醇分子膜的电学特性进行模拟.计算结果表明,由于分子间的相互作用,导致分子膜的导电能力比单分子提高2~3个数量级.分子结的导电能力随着压力增加而增加,电极距离的变化使分子与电极以及分子间的耦合增强、分子结的链内隧穿和链间隧穿几率增大,导致电流增加.     

First-principle studies of I-V properties of a molecular wire

The elastic scattering Green function method has been developed to describe the I-V characteristics of molecular wires. The molecular electronic structure and the interaction between the molecule and the gold surface are two key factors for the charge transport properties of molecular wires in the formulas. An ab initio calculation at the hybrid density functional theory level is carried out to obtain the electronic structure of 4-4′-dimercaptodibenzene molecule. The frontier orbit theory and the perturbation theory are employed to determine the constant of the interaction energy between molecule and surface quantitatively. The numerical results show that the bonding between the sulfur atom and the gold atoms corresponds mainly to the covalent bond. Some molecular orbits are extended over molecule and gold cluster that certainly give channels for the charge transport, other molecular orbits are localized and the charge transport can take place by tunnel mechanism. At zero bias region, there exists a current gap. With the increasing bias, the conductance of the wire takes a shape of plateaus.     

分子结电学特性的理论研究

在第一性原理的基础上，对共扼分子2-氨基-5-硝基-1，4-二乙炔基-4’，-苯硫醇基苯(2-amino-5-nitro-1,4-diethyny-4’-benzenethiol-benzene)与金表面形成的分子结的电学特性进行了理论研究.利用密度泛函理论计算了该分子及扩展分子的电子结构；讨论了分子与金表面的相互作用，定量地确定了耦合常数，求出了电子的迁移强度；利用弹性散射格林函数法研究了该分子结的伏—安特性.计算结果表明，当外加偏压小于0.9V时分子结存在电流禁区，随着偏压升高，分子结的电导出现平台特 关键词： 化学吸附 分子结 分子电子学     

新型分子器件--分子马达

分子马达是人们为了得到纳米尺度的机械部件所设计合成的一种新型复合体系,目前化学家们正采用逐渐组装即“自下而上‘的方法对其进行探索研究,以分子结构和运动特点为标准可将现有分子马达分为分子转子、分子传动装置、分子开关、分子梭、分子转门、分子棘齿等几类。文章介绍了在双键分子体系的研究中Ｋｏｕｍｕｒａ等人的开创性工作以及Ｋｅｌｌｙ等人在三叶轮分子体系的研究方面所取得的突破性进展,同时还展望了分子马达的发展     

单电荷带电态对分子线输运特性的影响

利用Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型及平衡格林函数方法研究了一维分子线基态与带电态下的电子输运特性.研究发现,分子线基态对应较高的阻态,而带电态对应较低的阻态.分子线在带电态(低阻态)与基态(高阻态)之间转换,可使体系具有导电开关的功能,这与近来实验上观察到的一些现象相符.进一步讨论了链长对分子线输运特性的影响.     

The first-principles calculation of molecular conduction

We used the self-consistent method-based density functional theory (DFT) and non-equilibrium Green’s function (NEGF) to simulate molecular transport. Our numerical calculations for the organic molecular measurement made by Reichert et al. (Phys. Rev. Lett., 2002, 88: 176804) and for the alkanedithiols measurement made by Xu et al. (Science, 2003, 301: 1221) met the related experimental values quite well. This means that the first-principles calculations based on DFT and NEGF can well explain the conduction measurements of some large molecules. The numerical study reveals the fact that molecular conduction does not obey the classic law; in stead it illustrates the quantum behavior. We designed active molecular transistors controlled by the gate bias with high working frequency. They may be the next generation electronic devices.      

基于紧密耦合理论的3端分子桥的传导特性

利用基于紧密耦合理论的格林函数方法，考虑到每一个碳原子的π轨道电子，对3苯环构成的纳米分子桥的量子传输特性进行了理论研究。得出了从分子桥的一个端点到另外两个端点的电子传输概率。 利用基于Fisher-Lee公式的流密度方法，在传输概率出现峰值的能量点E=±0.42, ±1.06 和±1.5处，计算了分子桥内部的电流分布。其数值结果用图形模拟表示出来。我们发现传输谱与入射电子能量相关，并且紧密地依赖与分子能级。其结果显示电子流分布完全符合Kirchhoff量子动量守恒定律。     

分子线的电子输运特性

从第一性原理出发利用密度泛函理论计算了共扼分子2氨基5硝基1,4二乙炔基4′苯硫醇基苯(2amino5nitro1,4diethyny4′benzenethiolbenzene)的电子结构,并利用前线轨道理论和微扰理论定量地确定了该分子与金表面的相互作用能常数.然后,利用弹性散射格林函数方法研究了该分子与金表面形成的分子线的伏安特性.计算结果表明,分子通过硫氢官能团可以很强地吸附于金表面上,形成以共价键为主的混合键,从而为电子的转移提供了通道.当外加偏压很低时,分子线的电流存在禁区,禁区的宽度约08eV. 关键词： 化学吸附 分子线 分子电子学     

分子和金表面相互作用的第一性原理研究

硫氢官能团可以很强地吸附于金表面上,从而可作为连接体用于纳米电子学中的分子器件.从第一性原理出发利用密度泛函理论研究了4,4′二巯基联苯分子和金表面的相互作用,并利用了前线轨道理论和微扰理论定量地确定了该相互作用能常数.计算结果表明,当含有硫氢官能团的有机分子化学吸附于金表面时,硫原子将与金原子形成以共价键为主的混和键,此时一些分子轨道扩展于金原子和有机分子中,这些轨道为分子结中电子的输运提供了通道,从而可使分子线的电导呈现出欧姆特性.而其他分子轨道具有局域性,此时电子的输运只能通过隧道效应来实现. 关键词： 化学吸附 分子线 分子电子学     

Extracting Structure Parameters of Dimers for Molecular Tunneling Ionization Model

We determine structure parameters of the highest occupied molecular orbital(HOMO)of 27 dimers for the molecular tunneling ionization(so called MO-ADK)model of Tong et al.[Phys.Rev.A 66(2002)033402].The molecular wave functions with correct asymptotic behavior are obtained by solving the time-independent Schr(o|¨)dinger equation with B-spline functions and molecular potentials which are numerically created using the density functional theory.We examine the alignment-dependent tunneling ionization probabilities from MO-ADK model for several molecules by comparing with the molecular strong-field approximation(MO-SFA)calculations.We show the molecular PerelomovPopov-Terent'ev(MO-PPT)can successfully give the laser wavelength dependence of ionization rates(or probabilities).Based on the MO-PPT model,two diatomic molecules having valence orbital with antibonding systems(i.e.,Cl_2,Ne_2)show strong ionization suppression when compared with their corresponding closest companion atoms.     

Molecular dynamics of agarose gels investigated by NMR and rayleigh scattering of Mössbauer radiation

Summary NMR, X-ray and Rayleigh scattering of M?ssbauer radiation (RSMR) measurements have been performed on agarose-water systems for different levels of water content. The NMR data provided information on the relaxation rates of protons in both polysaccharide and solvent. The RSMR measurement allowed us to determine the mean square atomic displacements <u ²> as a function of the scattering vector. The <u ²> values of carbon and oxygen atoms are larger when measured at distances corresponding to the helix diameter than along the chain bonds. At low hydration levels, the water molecules closely associated to the polysaccharide chains follow the dynamics of the polymer. A marked change in the dynamics of both polymer and water has been evidenced when the water weight exceeds 20% of the total weight of the sample.

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Riassunto Sono state eseguite misure NMR, di diffrazione di raggi X e di scattering Rayleigh della radiazione M?ssbauer (RSMR) su sistemi agarosio-acqua con differenti gradi di idratazione. I dati NMR hanno fornito informazioni sulla velocità di rilassamento dei protoni, sia nel polisaccaride che nel solvente. Le misure RSMR hanno consentito di determinare lo spostamento atomico quadratico medio <u ²> in funzione del vettore di scatteringQ. I valori di <u ²> per gli atomi di carbonio e di ossigeno misurati per valori diQ corrispondenti alle distanze caratteristiche del diametro delle eliche sono maggiori di quelli relativi alle distanze tipiche dei legami intracatena. Per bassi valori di idratazione le molecole di acqua legate direttamente alle catene polisaccaridiche seguono la dinamica del polimero. Una marcata variazione nella dinamica, sia del polimero che dell'acqua, è stata osservata in campioni in cui l'acqua presente superava il 20% del peso totale del campione.

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Резюме Проводятся измерения ЯМР, рентгеновской дифракции и рэлеевского рассеяния Мёссбауэровского излучения на системах агара с водой для различных уровней содержания воды. Данные ЯМР обеспечивают информацию о скоростях релаксации протонов в полисахариде и в растворителе. Измерения рэлеевского рассеяния Мёссбауэровского излучения позволяют определить средние квадратичные смещения атомов (<u ²>), как функцию вектора рассеяния. Значения <u ²> для атомов углерода и кислорода, измеренные на расстояниях, соответствующих диаметру спирали, оказываются больше значений смещений, измеренных вдоль связей цепочек. При низких уровнях гидратации молекулы, воды, тесно связанные с цепочками полисахарида, следуют динамике поимера. Заметное изменение динамики полимера и воды обнаруживается, когда содержание воды превышает 20% от полного веса образца.