红外光激发作用下分子导电纳米结的非弹性电流研究

将"金属-单分子-金属"模型化为分子导电纳米结,应用扩展主方程方法研究了红外光激发作用下弱耦合分子导电纳米结的非弹性电流的传导过程.分别采用偶极跃迁的指数耦合、平方耦合以及线性耦合模型描述红外光场与分子的相互作用,研究了不同光场作用下非弹性电流与所加电压的关系,并讨论了分子内振动能重新分布效应对电流-电压特性的影响. 关键词： Franck-Condon阻滞 非弹性电流 电流-电压特性 红外光激发     

半绝缘GaAs光电导开关非线性电脉冲超快上升特性研究

利用流体模型对光生载流子的输运进行了模拟研究,结果表明载流子在输运过程中形成的光激发电荷畴是产生电脉冲超快上升特性的主要原因.对光激发电荷畴的形成和吸收过程的进一步研究表明：1)形成过程中的光激发电荷畴增强了电子的浓度梯度;2)光激发电荷畴在被阳极吸收的过程中,光电导开关偏置电压的快速下降能促进电流上升速度.光激发电荷畴的形成和吸收两大过程共同作用下,形成了电脉冲的超快上升特性. 关键词： 光电导开关 非线性模式 光激发电荷畴 上升时间     

金属电极与分子中非弹性电流的理论研究

考虑分子的振动能级,在简正反应坐标下研究了通过"金属/分子/金属"所组成系统的非弹性电流.研究发现非弹性电流传输过程中分子不同带电态的能量的相对位形对Franck-Condon阻滞有较强的影响,进而在理论上分析了分子的稳定态与Franck-Condon阻滞的关系,以及分子内部的振动能量分布、分子与金属电极的相对位置与系统的电流-电压曲线的关系.     

外场对分子纳米结电流-电压特性的影响

针对由金属电极/分子/金属电极组成的分子纳米结,应用扩展主方程的方法,考虑分子纳米结中影响其传输过程的外场、分子内的弛豫过程等因素研究了在外场作用下分子纳米结内的稳定电流和瞬间电流.由于分子内较强的电子-振动耦合,分子纳米结中的电流-电压曲线呈现台阶式非弹性特征.在不同的高斯型脉冲的激发作用下,分子纳米结中电流需要达到稳定的时间也不相同,脉冲宽度在1ps时瞬间电流现象明显,这时分子处于非平衡分布,分子两端的电流存在较大差异.随着脉冲宽度和外场偏压的增加,分子两端的电流趋于平衡.     

光激发作用下分子与多金属纳米粒子间的电荷转移研究

金属纳米粒子在光激发作用下的增强作用是纳米科学领域的一个研究热点. 针对分子和多个不同位形下的金属纳米粒子在光激发下的相互作用展开了理论研究. 应用密度矩阵理论描述分子和金属纳米粒子同时激发产生表面等离激元后的电荷输运过程. 研究发现, 表面等离激元增强效应与分子和各个金属纳米粒子的相对位置有密切关系. 详细分析了金属纳米粒子间的耦合强度、分子和金属纳米粒子间的耦合强度、表面等离激元能级杂化、分子激发能和外场频率对表面等离激元增强效应的影响.     

Pt/BiFeO_3/Nb:SrTiO_3异质结的光伏效应和光调控整流特性

铁电薄膜异质结的光伏效应因具有重要的应用前景而备受关注,而且其中多种光伏效应机制的共存带来了丰富而复杂的物理内涵.为了研究界面对光伏效应的重要作用,制备了基于BiFeO_3铁电薄膜的具有"金属/铁电体/半导体"非对称电极结构的Pt/BiFeO_3/Nb:SrTiO_3异质结,并系统研究了其在不同波长(365和445 nm)激光照射下的光伏效应.在365 nm, 74 mW/cm~2光照下,异质结的光伏开路电压高达0.55 V.而且,由于光激发和光吸收过程的不同, 365 nm激光照射下该异质结的开路电压和短路电流比445 nm激光照射下的结果显著提高.随着温度降低,开路电压单调上升,而不同波长下的短路电流则表现出不同的变化规律.另外,随着光强的提高,异质结整流效应获得增强,通过分析,空间电荷限制电流传导机制对异质结输运有重要贡献,而光生载流子将通过填充缺陷影响输运特性.     

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.     

自组装硫醇分子膜电输运特性的导电原子力显微镜研究

在Au(111)表面自组装制备了不同链长的烷烃硫醇分子膜，并利用导电原子力显微镜研究了 自组装分子膜的输运特性随外加压力的变化.结果发现分子膜的电流随压力的增加而增大， 其变化特征可以较好地用Hertz模型描述.在相同压力和电压下，通过分子膜的电流随分子链 长的增加呈指数衰减，其衰减因子先随压力的增加而减小，后逐渐趋于稳定.此外，长链分 子自组装膜的电流随压力的变化比短链分子膜更为明显.分析表明，自组装硫醇分子膜输运 特征的压力依赖性主要源于电荷在分子膜中的链间隧穿过程. 关键词： 分子自组装 输运特性 原子力显微镜     

分子激发中的表面等离激元增强效应

金属纳米粒子的表面等离激元增强效应是纳米科学领域的一个研究热点.针对染料分子与金属纳米粒子的耦合系统,应用偶极-偶极近似计算分子与金属纳米粒子的库仑相互作用,并应用密度矩阵理论描述在不同极化方向的电场作用下的电荷输运过程,分析了分子与金属纳米粒子在不同相对位置下分子激发态的动力学过程,发现表面等离激元的增强效应与分子和金属钠米粒子的相对位置以及等离激元的耗散系数有密切关系,详细讨论了分子与金属纳米粒子间的耦合强度、外场的极化方向、等离激元的寿命及共振激发条件对分子激发态及表面等离激元增强的影响,分析了分子-金属纳米粒子耦合系统中表面等离激元增强效应的物理本质.     

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.     

Effect of squeezed vibrational states on the optical properties of molecular systems in a field of laser radiation

Specific features of optical and nonradiative transitions in molecular systems in the field of an intense electromagnetic wave are studied with account of squeezed vibrational states. It is shown that a field of laser radiation considerably enhances the tunneling processes in electronic vibrational systems and makes it possible to obtain the generation of higher harmonics. Conditions are found under which squeezed vibrational states can lead to some stabilization of excited electronic states with respect to the processes of luminescence.     

外电场下4-氯-2-三氟甲基噻吩并[3,2-D]嘧啶分子的结构和光谱

4-氯-2-三氟甲基噻吩并[3,2-D]嘧啶(4-chloro-2-(trifluoromethyl)thieno[3,2-d] pyrimidine, CTTP)分子具有很高的生物和医学活性,是重要的医药中间体,因此了解外电场下对其结构和光谱的影响具有重要意义。采用密度泛函理论B3LYP方法和def2-tzvp基组,优化计算了CTTP分子在不同外电场作用下的稳定结构;然后从外电场对其结构、原子电荷分布、前线轨道、静电势、红外和拉曼光谱等方面的影响进行了分析。结果显示：随着外电场强度增加,分子结构和原子电荷分布发生改变,分子极性增强,能隙降低,化学反应活性增强,静电势分布极值点发生了明显改变,红外和拉曼在不同区域内发生振动斯塔克效应,既有蓝移又有红移,峰的强度也出现了复杂的变化。     

利用强场多光子电离技术实现对多原子分子离子振动量子态的光学操控

利用飞秒光电子影像技术研究了碘甲烷分子在飞秒强激光场作用下的多光子电离动力学,在实验上实现了运用飞秒强场多光子电离技术对多原子分子离子的振动量子态进行光学操控.提高了飞秒激光的强度,从1.6×1013W/cm2提高到2.5×1013W/cm2.在增大的激光强度范围内,发现了新的能量组分,并对此进行归属.通过采集光电离的光电子影像可以得到强场电离后光电子的动能分布和角度分布两方面的信息,前期的研究主要侧重于讨论光电子动能随光强的变化,重点讨论了光电子角度分布随光强的变化,通过观察光电子角度分布的变化趋势对振动量子态调控机理进一步认识.     

外电场下PbO作硫化剂交联聚乙烯分子结构及特性

本文研究外加电场对离子交联聚乙烯的微观结构和能量特性的影响,使用分子模拟法建立PbO作硫化剂的交联聚乙烯分子模型,通过半经验法对模型进行几何优化同时施加沿X轴方向的外电场,计算离子交联聚乙烯的分子总能量、偶极矩、极化率、分子轨道能量、能隙、红外光谱、电荷分布并进行分析.得出结论:随着外加电场的上升,交联聚乙烯分子结构会发生变化,当外加电场过大时本文所建交联聚乙烯分子离子盐桥的S-Pb-S键将会发生断裂形成自由基.外加电场会使分子内部的电荷从交联聚乙烯碳链端部向离子盐桥转移,盐桥处Pb原子电荷量不断积累,到达临界点时将会断裂形成电荷量较大的Pb自由基,在外加电场的作用下进一步影响交联聚乙烯分子的稳定性导致其性能下降,研究结果对交联聚乙烯的电树枝老化生成提供参考.     

Laser pulse control of ultrafast electron transfer reactions

The optimal control (OC) scheme for molecular dynamics is applied to the study of ultrafast bridge mediated electron transfer (ET). Utilizing the methods of dissipative quantum dynamics in combination with the OC approach the guided charge motion in a donor-bridge-acceptor system including a single active vibrational coordinate is studied. The control field drives the optical transition from the electronic ground-state of the ET system into the donor-level and can be used to prepare special electronic and vibrational states. In particular, it is demonstrated that charge localization becomes possible at the acceptor or bridge molecule as well as in the electronic ground-state of the ET system. Received 30 August 2000 and Received in final form 25 October 2000     

特殊构型Si_2N_2分子团簇电致激发特性的密度泛函理论研究

以在可见光区有吸收峰的Cs构型的Si2N2分子团簇为研究对象,利用密度泛函B3LYP方法,在aug-ccpVTZ基组水平下优化得到了处于不同外电场中的Si2N2分子团簇的稳定结构.分析发现:在不同的外电场中,Si2N2分子构型对称性没有发生改变,均为Cs对称性,且都有6种振动模式;随着外电场强度的逐渐增大,Si2N2分子振动频率较低的前三种振动模式的频率略有减小,而后三种振动模式的频率逐渐增加;随着外电场强度的逐渐增大,在一定电场范围内最高占据分子轨道与最低空分子轨道的能隙值出现振荡,之后能隙值随着外电场强度的增大而减小.在此基础上,采用含时密度泛函TD-B3LYP方法研究了外电场对Si2N2分子吸收谱的影响规律.计算得到的吸收谱范围在紫外-可见光区,这与实验值相符合.随着外电场强度的逐渐增大,在可见光区吸收谱发生红移,最大跃迁振子强度逐渐增大.结果表明,施加外电场有利于Si2N2分子在可见光区的吸收,也有利于操控分子特定激发态的电子状态,进而调节相应的跃迁光谱特性,可达到获得所需特定波长的要求.     

外电场对CO分子及离子性质的调制和降解

基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G++基组水平上,计算研究外加电场下CO分子及离子物理性质,包括总能量、键长、电荷分布、能级分布和红外光谱,并根据势能曲线研究CO外加电场下的降解。随着外电场逐渐增大(- 0.015 a. u.~0.015 a. u.),CO的性质发生明显的变化, 电场增大到一定程度时可实现CO分子降解。同样,CO⁺离子的总能量随电场的增大逐渐减小,键长变长,偶极矩逐渐变大,分子能隙在Alpha轨道中逐渐减小,在Beta轨道中逐渐增大,红外光谱的强度相应逐渐增大。电场从0.0 a. u增大到0.150 a. u.时,势能曲线的变化同样表明CO⁺离子离解能减小。电场增大到一定程度时可实现CO⁺离子降解。     

Formation and transportation of low-energy high-current electron beams in the plasma-filled diode under the effect of the external magnetic field

The mechanisms behind limitation of current of nonrelativistic high-current electron beams in the plasma-filled diode immersed in the external guiding magnetic field whose intensity is comparable with that of the beam self magnetic field are studied. It is shown that the beam current is limited by transmission capacity of the double layer between the cathode and anode plasma on the one hand and, on the other hand, by charge neutralization of the beam and by the decrease of the longitudinal velocity of the beam electrons under the action of the induced electric field and of the beam self magnetic field. The effect of the beam self fields on its cross-sectional current density and energy distributions is studied. Results of the numerical simulations are in good agreement with the experimental data.