氢空位簇调控锗烷的电子结构和分子掺杂

锗烷因其合适的带隙、较高的电子迁移速率、较好的环境稳定性、较小的电噪声和超薄的几何结构,有望取代现有硅基或锗基材料成为下一代半导体器件的理想载体.基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理方法,研究了不同构型和浓度的氢空位簇对锗烷电子结构及锗烷中四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene,TTF)分子掺杂性能的影响.计算结果表明,不同构型氢空位簇的引入可诱导Germanane Dehydrogenated-x H (G_D–xH)体系产生不同性质的磁性,且磁矩大小亦与Lieb定理的预测结果相符,并能在GD-x H (x=1, 4, 6)体系自旋向下的能带结构中实现由缺陷态引起的类p型半导体掺杂效应,其电子激发所需的能量则会随着体系脱氢浓度的升高而不断降低.吸附TTF分子后, G/TTF和G_D-xH/TTF (x=1, 2, 6)体系表现出分子掺杂效应,且GD-x H/TTF (x=1, 6)体系因分子轨道与缺陷态的杂化作用,可在自旋向上与自旋向下的能带结构中形成不同的掺杂类型.进一步的量子输运计算还表明, Armchair和Zigzag...     

四硫富瓦烯类染料敏化剂分子内电子转移特性

染料敏化剂是染料敏化太阳能电池中关键的光电转换材料,其受光激发后,电子由低能级基态跃迁到高能级激发态从而产生有效的电势差。设计和筛选优异性能的染料敏化剂有利于提升其光电转化效率。本文以相关实验研究为背景,设计了一系列具有不同桥位基团的四硫富瓦烯(TTF)类纯有机染料敏化剂,利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对其光电转化及分子内电子转移特性进行了系统研究,通过比较筛选出了高性能的四硫富瓦烯类染料敏化剂。研究结果表明,以环戊联噻吩及其衍生物作为桥位基团的四硫富瓦类染料敏化剂的整体性能更佳,主要表现在较好的电荷分离态、拓宽的光谱吸收范围、提升的光捕获效率以及增强的分子内电子转移(IET)性能等。     

电场作用下C60富勒烯分子的几何构形与电子结构

采用分子动力学与半经验量子力学相结合的方法,对不同强度电场作用下C60富勒烯分子的体积、形变、电荷分布、偶极矩、系统能量、分子轨道能级等进行了计算,分析了外加电场对C60富勒烯分子几何构形、电子结构的影响.研究结果表明:①在电场作用下,C60富勒烯发生极化,分子沿电场方向伸长,沿垂直电场的方向缩短,体积膨胀.当电场强度增至0.102 a.u.时,C60分子构形破坏.②随着外加电场强度的增加,C60分子的偶极矩增大,系统能量、LUMO,HOMO能级减小,但LUMD,HOMO之间的能隙却先是减小,然后增大.     

Sc12X团簇(X=B,C,N,Al,Si,P)的电子结构和稳定性

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似(GGA)研究二十面体Sc12X(X=B、C、N、Al、Si、P)中性和荷电团簇的电子结构和稳定性,系统计算了它们的基态束缚能(BE)、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低占据轨道(LUMO)之间的能隙、局域电荷以及HOMO电子构型.研究表明,用C、Si原子或荷电后的B、N、Al、P离子分别替代团簇Sc13中心原子可以使其成为稳定的结构.Sc12X团簇束缚能改变的原因在于掺杂改变了中心原子或离子与表面原子的轨道杂化.     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

并五噻吩分子光谱和激发态的密度泛函理论

首次采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G(d)水平上对并五噻吩进行了构型优化,并作振动分析,未出现虚频。频率分析得到分子红外光谱和拉曼光谱,同时也得到分子的HOMO-LUMO能隙为3.86eV,所得计算结果与实验值基本符合。利用含时密度泛函理论(TDDFT)计算其激发态,得到振荡强度最大的五个允许跃迁的单激发态,所有激发态光谱均在紫外波段,故在可见光区域分子相对稳定,不易光致分解。对前线分子轨道HOMO和LUMO分析得到,HOMO到LUMO的跃迁是电子从C原子转移到S原子上,C—C原子之间形成离域键,这正是并五噻吩区别于一般有机材料而具有导电性的根本原因。结果表明:相对于并五苯,并五噻吩具有更高的稳定性,同时具有很好的导电性能和发光性能,是新一类有机半导体材料。     

脱氧核苷酸横向电输运特性的理论计算

采用基于密度泛函(DFT)的非平衡态格林函数方法(non-equilibrium Green functions,NEGF),讨论电极距离对分子电子结构和电流的影响,计算四种脱氧核苷酸的I-V特性曲线和透射谱.结果表明,电极距离小于1.55nm时,电极距离对脱氧核苷酸分子的电子结构影响较大,当电极距离大于1.55nm时,LUMO和HOMO附近各能级的变化趋于平缓,电子能隙变化非常小.电极距离固定时,较低偏压(0.1～0.8V)不会改变四种脱氧核苷酸分子的相对电流大小.偏压较大时(0.8～1.0V),T和C的电流迅速增加并远大于A和G.     

供电子能力对一类热活化延迟荧光分子反系间窜越速率的影响（英文）

本文基于第一性原理,研究了八个热活化延迟荧光分子的性质,揭示了基团供电子能力对分子几何构型、跃迁属性以及反系间窜越过程的影响.研究结果表明,对于咔唑和氧杂蒽酮组成的一类分子的最低三重激发态(T_1)而言,供体基团的二苯胺取代,几乎不会改变供体和受体之间的夹角,但却可以减小供体和受体间的键长,基团供电子能力越强,最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)间的轨道重叠度越小,最低单重激发态S_1和T_1之间的能差(△E_(S_1-T_1)越小.此外,供体基团上增加二苯胺能够增加HOMO的离域性,而且能够进一步地减小△E_(S_1-T_1).通过计算S_1和T_1之间的旋轨耦合系数(H_(SO)),发现■数值越大,反系间窜越速率越大.计算表明八个分子都可能是高效的热活化延迟荧光分子.本文提出了一条高效热活化延迟荧光分子的设计策略,即分离HOMO和LUMO的分布和增加HOMO的离域性能够有效地减小S_1-T_1能差.     

有机超导体

经过十余年对有机金属的性质的研究之后,大约在两年前,人们发现了第一个有机超导体.由于预言了有机金属新结构具有超导电性和较高的临界温度,它激励着人们进行研究.这是一个长远的目标. 有机金属是包含相当扁平的有机分子的分子固体.例如TTF(四塞富瓦烯).这些分子可以组合成为密堆砌层.还有另一种成份的有机或无机的对电子有吸引力的分子.这样一些所谓受主分子形成由有机层和除去电子而部分填充的有机分界的阵列,具有电子状态的金属化能带.电子沿层的方向运动相当容易,但从一层到另一层却很困难.因此,电导和其它物理性质全都是各向异性的.…     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系，运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明，掺碳的BNNT体系电子结构变化显著；外电场愈强，体系态密度向低能端移动幅度愈大，且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度，HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明，各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体几何结构和电子结构的密度泛函计算研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似，对C₆₀富勒烯-巴比妥酸及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现：C₆₀富勒烯-巴比妥酸只有一种稳定结构，且掺杂巴比妥酸基团对C₆₀分子构型的影响是局域的.C₆₀富勒烯-巴比妥酸的二聚体有三种同素异构体，分别以［6,5］—［6,5］，［6,6］—［6,5］和［6,6］—［6,6］三种方式键合，从能隙大小顺序和总能相对大小来看，［6,6］—［6,6］结构最为稳定.电子结构方面，在C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体中，Donor-Acceptor电荷转移体系为C₆₀富勒烯-巴比妥酸，即电荷是从C₆₀向巴比妥酸转移.由前线轨道和自旋布居数得知，C₆₀富勒烯-巴比妥酸单体很好地保留了C₆₀的电磁性质，但稳定性下降，易发生二次加成反应形成二聚体.对于C₆₀富勒烯-巴比妥酸二聚体，Mulliken电荷分析显示，在加成四元环处的碳原子分别得到0104e和0106e电荷，而与它们邻近的碳原子则失去电子，带有正电荷，且距加成位置越近的碳原子失去的电荷越多.在远离加成位置处，碳原子的净电荷变化相对较小.与单体152eV能隙相比，二聚体中的能隙为1.45eV.其前线轨道分布与单体相比，最高占据轨道几乎未变，但最低未占据轨道发生了很大变化. 关键词： 几何结构 电子结构 密度泛函     

Møller’s Energy-Momentum Complex for a Spacetime Geometry on a Noncommutative Curved D3-Brane

Møller’s energy-momentum complex is employed in order to determine the energy and momentum distributions for a spacetime described by a “generalized Schwarzschild” geometry in (3+1)-dimensions on a noncommutative curved D3-brane in an effective, open bosonic string theory. The geometry considered is obtained by an effective theory of gravity coupled with a nonlinear electromagnetic field and depends only on the generalized (effective) mass and charge which incorporate corrections of first order in the noncommutativity parameter.     

苝四甲酸二酐薄膜电子结构的同步辐射共振光电子能谱研究

利用基于同步辐射的近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和共振光电子谱(RPES)研究了苝四甲酸二酐分子(PTCDA)薄膜的电子结构.碳K边NEXAFS谱中能量小于290 eV的四个峰对应于PTCDA分子不同化学环境碳原子1s电子到未占据分子轨道的共振跃迁.RPES谱中观察到共振光电子发射和共振俄歇电子发射导致的共振峰结构,以及二次谐波激发的碳1s信号.根据电子动能对入射光能量的依赖性分别对三类峰结构进行了归属.同时,发现PTCDA分子轨道共振光电子峰的强度具有光子能量依赖性.这种能量选择性共振增强效应是由于PTCDA分子轨道空间分布差异导致的.共振俄歇峰主要源于高结合能(4.1 eV)分子轨道能级电子参与的退激发过程.明确RPES实验谱图中各个峰结构的起源有助于准确利用基于RPES的芯能级空穴时钟谱技术定量估算有机分子/电极异质界面处电子从分子未占据轨道到电极导带的超快转移时间.     

Angular dependence of proton-induced single event transient in silicon-germanium heterojunction bipolar transistors

We investigate the angular dependence of proton-induced single event transient (SET) in silicon-germanium heterojunction bipolar transistors. Experimental results show that the overall SET cross section is almost independent of proton incident angle. However, the proportion of SET events with long duration and high integral charge collection grows significantly with the increasing angle. Monte Carlo simulations demonstrate that the integral cross section of proton incident events with high ionizing energy deposition in the sensitive volume tends to be higher at larger incident angles, which is associated with the angular distribution of proton-induced secondary particles and the geometry of sensitive volume.     

Ga_(2n)(n=1～4)团簇自旋极化机理的密度泛函理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)下对Ga_(2n)(n=1～4)团簇进行了几何结构优化和结合能计算,并对其电子结构及成键特性进行了分析.结果表明,Ga_2,Ga_4团簇的基态都是自旋极化态,Ga_6团簇的能量局域极小的八面体结构也具有自旋极化;这些团簇的最外层分子轨道的空间分布是对称的,最外层分子轨道之间的能量相差很小,最外层分子轨道的近简并引起了自旋极化;对称性较高的团簇容易形成近简并的最外层分子轨道.     

Zur Theorie der stationären Bewegung von Ionen im elektrischen Feld

In a static electric field a one-dimensional model of the motion of ions, controlled solely by charge exchange (electron capture from gas moleculs) is considered. Solutions of the kinetic equastions for ions and fast neutrals are derived in several special cases. If the charge exchange cross section is constant, the kinetic equation is easily solvable in a closed form; if the cross section is a function of ion energy, however, the problem is reducible to a simple integral equation for the energy distribution function.     

CFCl3分子2e和4a1轨道的电子动量谱研究

由于工业的迅速发展 ,使得空气质量急剧下降 ,因此对影响大气的分子进行深入研究变得非常必要 .本实验室已经对影响环境的甲烷[1] 、丙烷[2 ] 、CO2 [3] 等分子进行了电子动量谱研究 ,为环保提供了有用的数据 .CFCl3作为工业广泛应用的气雾剂和制冷剂原料 ,它的大量使用导致了大气中臭氧的减少[4 ] .前人已用光电子谱学的方法[5- 8] 研究了CFCl3,我们又用电子动量谱的手段对CFCl3分子进行了进一步的研究 ,即从波函数的层次上详细了解CFCl3的电子结构 .(e ,2e)电子动量谱学在研究分子的电子结构方面有非常独特的优越性[9- 12 ] ,它可以…     

Photoelectron spectroscopy of 9,10-dihaloanthracenes

The photoelectron spectra of anthracene and its 9,10-dichloro- and dibromo-derivatives have been obtained. Analysis of the spectra is based mainly on the shifts in the anthracene molecular orbital ionization energies observed upon substitution. These shifts are interpreted on the basis of a perturbation model comprising short-range and long-range inductive terms and a mesomeric term. The electronic perturbation caused by the halogen atom is observed to depend largely on the unperturbed energy of the halogen np electrons and the charge distribution in the anthracene molecular orbitals. It has been possible to separate out Coulombic interactions and mesomeric interactions which depend on the energy gap between hydrocarbon and substituent orbitals. Although the observations are not conclusive, owing to the fact that only two orbitals have measurable mesomeric shifts, results indicate that α_Cl′, the Coulombic perturbation parameter, may well be negative, in contrast to previous work.     

电场作用下C60富勒烯二聚体分子的几何构型与失效

采用分子力学与量子力学相结合的方法,模拟了电场作用下C60富勒烯二聚体(2C60)分子的几何构型与失效行为,讨论了三种不同方向外加电场对2C60分子几何变形、构型失效、电荷分布与极化偶极矩的影响,并与电场作用下C60富勒烯分子的几何变形与失效行为进行了对比.研究结果表明,2C60分子的几何变形与失效行为与外加电场的方向密切相关.当外加电场与2C60分子的桥接C-C键平行时,2C60分子很容易发生失效,且失效形式也十分独特.