钽硅团簇电子输运性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理方法,对位于两段半无限长铝导线之间的TaSi₃团簇的电子输运性质进行了研究.研究表明：该团簇分子投影自洽哈密顿量的8态和9态决定着系统在小偏压下的输运特性.TaSi₃团簇的平衡态电导对团簇与电极间距离的变化十分敏感,当距离小于0.35 nm时,平衡态电导随之剧烈的振荡;当距离大于0.35 nm后,平衡态电导迅速减小.在-1—1 V偏压下,团簇表现出一定的电压-电流非对称整流特性,在0.3—0.4 V的偏压下,观察到了该团簇的负微分电导特性. 关键词： 铝/钽硅混合团簇/铝分子结 电子输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

Au-Si-Au结点电子输运性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法对Au(100)-Si-Au(100) 系统左侧对顶位、右侧对空位的纳米结点的电子输运性质进行了理论模拟计算, 结果得到纳米结点的电导随电极距离(d_z)增大而减小. 在d_z =9.72 Å时, 结点的结合能最低, 结构最稳定, 此时电导为1.227G₀ (G₀=2e²/h), 其电子输运通道主要是Si原子的p_x, p_y和 p_z轨道电子形成的最高占居轨道共振峰; 在外偏压下, 电流-电压曲线表现出线性特征; 随着外加正负电压的增大, 电导略有减小, 且表现出不对称性的变化. 关键词： 硅原子 电子输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

耦合形貌对Si4团簇电子输运影响的第一性原理计算

运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,对Si₄团簇与Au （100）-3×3两电极以顶位-顶位、顶位-空位、空位-空位三种形貌相连构成的Au-Si₄-Au纳米结点的拉伸过程进行第一性原理模拟,计算不同构型纳米结点在不同距离的电导和结合能.讨论耦合形貌、距离对结点电导的影响,结合能的计算表明三种不同耦合形貌结点存在稳定平衡结构,其平衡电导分别为0.71 G₀、0.96 G₀和2.44 G₀,且在-1.2 V~1.2 V的电压范围内,三种不同耦合形貌结点稳定结构表现出类似金属的导电特性,其I-V关系都近似为直线.计算结果表明Si₄团簇与电极的耦合形貌、两极距离对纳米结点电子输运有重要影响.     

硅纳米结点电子输运性质的计算

运用第一性原理密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,对3个Si原子构成的直线链耦合在Au(100)面形成的三明治结构的纳米结点的电子输运进行计算.结果得到结点电导随距离的变化,当d_z=1.584 nm时,结合能最小,结构最稳定,此时Si-Si键长为0.216 nm,Si-Au键长为0.227 nm,电导为0.729 G₀(G₀=2e²/h),其电子传输通道主要由Si原子的p_x、p_y轨道电子构成;随着外电压的增大,结点的电导减小,而其I-V曲线表现出线性特征.     

硅团簇自旋电子器件的理论研究

利用过渡金属掺杂的硅基团簇, 构建了一种自旋分子结; 并利用第一性原理方法, 对其电子自旋极化输运性质进行了研究. 计算表明, 通过过渡金属掺杂可以有效地产生自旋极化电流, 磁性金属Fe和非磁性金属Cr和Mn掺杂的体系呈现出较明显的自旋极化透射现象, 但分子结的自旋极化输运能力与团簇孤立状态下的磁矩无一致性.从Sc到Ni的掺杂, 体系的自旋极化透射能力先增大后迅速减小, 在Fe掺杂的Si₁₂团簇中出现最大值. 关键词： 硅团簇 自旋极化输运 密度泛函理论 非平衡格林函数     

Pt/Ce4O8团簇催化活性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP（Vienna ab-initio Simulation Package）,采用投影缀加平面波（Projector augmented wave,PAW）方法和具有三维周期性边界条件的超原胞模型,对Pt在Ce₄O₈团簇上的吸附特性进行了研究,结果表明Pt在Ce₄O₈团簇上的吸附作用很强,其吸附能大于Pt在CeO₂晶体表面的吸附能.所得吸附构型可分为三类:单键类,双键类和多键类.对其中最稳定吸附构型的电子结构分析表明:Pt的吸附诱导出了间隙态.该态距离费米能级很近,使Pt/Ce₄O₈团簇活性很强.Pt与Ce₄O₈团簇发生了部分电荷转移,从而使其中的一个Ce⁴⁺还原为Ce³⁺.这些结果有助于理解在纳米尺度范围内Pt与CeO₂的协同作用.     

Au-Si_(60)-Au分子结电子输运性质的理论计算

运用密度泛函理论对Si60团簇的结构进行几何优化,得到基态结构是一个直径为1.131 nm,平均键长为0.239 nm,分子最低未占据轨道与最高占据轨道能量差即能隙值为0.72 eV,具有C1点群的空心笼状结构.然后把它与两半无限的Au(100)-4×4电极相连构成Au-Si60-Au三明治结构分子结点,运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法对其电子输运性质进行了第一性原理计算.当两电极的距离为1.74 nm时,分子结点的平衡电导为1.93G0(G0=2e2/h),然后在-2.0—2.0 V的电压范围内,计算了不同电压下的电导与电流,得到其I-V曲线成近线性关系,从分子前线轨道与透射谱分析了Si60分子的电子输运特性,讨论了电荷转移量与电导之间的关系.     

Pt/Ce4O8团簇催化活性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算程序包VASP(Vienna ab-initio Simulation Package), 采用投影缀加平面波(Projector augmented wave, PAW)方法和具有三维周期性边界条件的超原胞模型, 对Pt在Ce4O8团簇上的吸附特性进行了研究. 结果表明Pt在Ce4O8团簇上的吸附作用很强,其吸附能大于Pt在CeO2晶体表面的吸附能. 所得吸附构型可分为三类：单键类, 双键类和多键类. 对其中最稳定吸附构型的电子结构分析表明：Pt的吸附诱导出了间隙态. 该态距离费米能级很近,使Pt/Ce4O8团簇活性很强. Pt与Ce4O8团簇发生了部分电荷转移, 从而使其中的一个Ce4+还原为Ce3+. 这些结果有助于理解在纳米尺度范围内Pt与CeO2的协同作用.     

ZnSe小团簇结构稳定性和电子性质研究

文章研究了小尺寸的(ZnSe)n团簇(n=2-16)的结构和电子性质.通过手工搭建得到团簇结构,用DMol软件包进行结构优化和能量计算,最后分析计算结果 .研究结果表明,对于n=2-4,平面环状结构的能量最低;对于n=5,非平面环状结构的能量最低;对于n=6-12,空心笼状结构的能量最低;对于n=13,核-壳笼状结构的能量最低;对于n=14-16,依旧是空心笼状结构的能量最低.通过分析(ZnSe)_n团簇(n=2-16)的电子性质,我们可以得到,(ZnSe)_9团簇、(ZnSe)_(12)团簇具有很好的稳定性.     

In_nAs_n(n=1～20)小团簇几何结构与电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,采用B3LYP下的赝势基组LanL2DZ,研究了In_nAs_n（n=1～20）团簇的基态几何结构、相对稳定性、电子性质及其振动光谱.结果表明,当n=5～11时团簇的基态构型为层状结构;当n=12～20时团簇的基态构型为笼状结构.团簇平均结合能、二阶能量差分和HOMO-LUMO能隙均在n=9,12,18出现极大值,说明In₉ As₉、In₁₂ As₁₂和In₁₈ As₉18)为幻数团簇.另外,HOMO-LUMO能隙的计算结果表明In_nAs_n（n=1～20）团簇具有宽带隙半导体特征.     

Electronic transport properties of silicon chains sandwiched between graphene electrodes: first-principles study

The effects of orientation and silicon chain length on the electronic transport properties for linear silicon chains sandwiched between two graphene electrodes are investigated by using non-equilibrium Green’s functions combined with density functional theory. Our results demonstrate that the conductance of single silicon chains can hardly be affected by its orientation, as there is negligible difference between the conductance of tilted and un-tilted chains, and the conductance is impacted greatly by the length of chains, i.e. the transmission coefficient is doubled for double chains. The equilibrium conductance of single silicon chains shows even-odd oscillating behavior, and its tendency decreases with the increase of the chain length. The non-equilibrium electronic transport properties for all types of chains are also calculated, and all current–voltage curves of silicon chains show a linear character. The frontier molecular orbitals, the total and projected density of states are used to analyse the electronic transport properties for all types of chains.     

一维线性非共轭石墨烯基(CH2)n分子链的电子输运

一维非共轭烷烃链虽不具富电子或少电子特征,但常存在于单分子器件或多肽、蛋白质等生物分子中,对电子传输产生重要影响.为理解这类物质的电子输运特征,本研究设计了一维线性非共轭(CH2)n分子结模型,并利用密度泛函理论结合非平衡态格林函数的方法,对(CH2)n(n=1—12)线性分子链与两个石墨烯电极耦合而成的分子结进行了第...     

(GaAs)n(n=1-4)原子链电子输运性质的理论计算

本文利用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法, 对 (GaAs)_n(n=1-4)直线原子链与Au(100)-3×3两半无限电极耦合构成Au-(GaAs)_n-Au纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算. 在各结点拉伸过程中, 对其结构进行了优化, 得到各结点稳定平衡结构时Ga-As的平均键长分别为0.220, 0.224, 0.223, 0.223 nm, 平衡电导分别为2.328G₀, 1.167G₀, 0.639G₀, 1.237G₀; 通过对结点投影态密度的计算, 发现电子传输主要是通过Ga, As原子中p_x与p_y电子轨道相互作用形成的π键进行的. 在0-2 V的电压范围内, 对于(GaAs)_n(n=1-3)的原子链的电流随电压增大而增大, I-V曲线呈线性关系, 表现出类似金属导电行为; 对于(GaAs)₄原子链在0.6-0.7 V, 0.8-0.9 V的电压范围内却存在负微分电阻现象.     

改善Si3N4俘获层过擦现象的第一性原理研究

采用第一性原理方法对如何改善电荷俘获存储器的过擦现象进行了研究. 过擦是由于氮空位中Si原子对电荷的局域能力弱导致, 因此, 在Si₃N₄超胞中分别建立了以C, N, O替换氮空位中的Si原子的缺陷结构作为本文的研究模型. 分别计算了擦写之后体系的巴德电荷分布、相互作用能、态密度, 借以分析替位原子对过擦的影响. 巴德电荷分布的计算结果表明, Si₃N₄在O替位128号Si后的过擦现象被明显改善; C替位128号Si也可以改善过擦, 但由于C替位对电荷的局域作用变弱, 不利于电荷的存储实现; N替位128号Si则不能改善过擦; 而在162和196号Si位置, 三种原子的替换均无法改善过擦现象. 相互作用能的研究表明, 在128号Si位置, 三种原子都能够和氮空位形成团簇, 在体系中稳定存在. 特别地, O替位Si后, 体系中两缺陷的相互吸引作用最弱, 从而写入的电荷能够短暂的打破O团簇的稳定性, 实现电荷重构, 将电荷局域在O团簇周围. 此外, 态密度的分析结果表明O在128号Si位置能够在Si₃N₄禁带中引入深能级缺陷, 深能级局域电荷的能力强. 以上分析证明, O替位可以很好的改善Si₃N₄中的过擦现象. 本文的研究结果为电荷俘获存储器改善过擦提供了一种方法, 对提高器件的电荷保持特性和优化存储窗口具有指导意义.     

Theoretical investigation of the thermoelectric transport properties of BaSi2

The full-potential linear augmented plane wave method based on density functional theory is employed to investigate the electronic structure of BaSi 2 . With the constant relaxation time and rigid band approximation,the electrical conductivity,Seebeck coefficient and figure of merit are calculated by using Boltzmann transport theory,further evaluated as a function of carrier concentration. We find that the Seebeck coefficient is more anisotropic than electrical conductivity. The figure of merit of BaSi 2 is predicted to be quite high at room temperature,implying that optimal doping may be an effective way to improve thermoelectric properties.     

高压下Zn2GeO4带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Zn₂GeO₄晶体在高压下的电子结构和带隙变化行为. 研究结果发现, 随着压强的增加, Zn₂GeO₄ 能带间隙先变大, 在压强为9.7 GPa时达到最大值, 然后减小. 通过电子态密度、电荷布居数和电子差分密度分布图的研究分析可知:在低压区域(0< P< 9.7 GPa), 带隙的变大主要是由于原子间距离的减小造成的共价性增强和Ge原子随压强的变大局域性增强引起的; 在高压区域(P>9.7 GPa), 则是出现了离域现象, 诱发了离域电子的产生, 从而使带隙减小.