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.     

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.     

分子结点电子输运性质的理论研究

采用基于密度泛函理论的非平衡态格林函数方法,研究了Pt-H₂微结点在平衡态和低偏压下的电子输运行为,考察了电极-分子耦合形貌对结点输运性质的影响,并采用费曼路径概念从结点局域轨道出发分析了其输运特性. 发现H₂分子的反键轨道可以参与结点的低偏压电子输运,偏压可以通过改变系统局域分子轨道来影响其输运性质. 关键词： 分子结点 电子输运 非平衡态格林函数方法 透射谱     

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     

基于石墨烯电极的Co-Salophene分子器件的自旋输运

采用基于非平衡格林函数结合第一性原理的密度泛函理论的计算方法,研究了基于锯齿型石墨纳米带电极的Co-Salophene分子器件的自旋极化输运性质.计算结果表明,当左右电极为平行自旋结构时,自旋向上的电流明显大于自旋向下的电流,自旋向下的电流在[-1V,1V]偏压下接近零,分子器件表现出优异的自旋过滤效应.与此同时,在自旋向上电流中发现负微分电阻效应.当左右电极为反平行自旋结构时,器件表现出双自旋过滤和双自旋分子整流效应.除此之外,整个分子器件还表现出较高的巨磁阻效应.通过分析器件的自旋极化透射谱、局域态密度、电极的能带结构和分子自洽投影哈密顿量,详细解释该分子器件表现出众多特性的内在机理.研究结果对设计多功能分子器件具有重要的借鉴意义.     

铜掺杂氧化锌薄膜阻变特性的研究

以 ZnO：Al为底电极,Cu为顶电极,在同种工艺条件下分别制备了类电容结构的纯ZnO 阻变器件和ZnO：2%Cu阻变器件,分析比较了两种器件的典型I-V特性曲线、置位电压（V_Set）和复位电压（V_Reset）的分布范围、器件的耐久性。结果显示,ZnO：Cu阻变器件较纯ZnO阻变器件有更大的开关比和更稳定的循环性能。另外,研究了 ZnO：Cu阻变器件的阻变机理,通过对其I-V特性曲线分析得出以下结论：ZnO：Cu阻变器件在高阻态遵循空间电荷限制电流效应,低阻态符合欧姆定律。     

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对构建的以Au原子面为电极的C₅₀分子的电子输运模型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,分析了此分子器件产生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.     

嵌入Ag纳米颗粒层的DNA忆阻器

构建了具有“Al/DNA-CTMAB/Ag NPs/DNA-CTMAB/ITO”结构的有机忆阻器件, 并对其电流-电压 (I-V)曲线进行测量. 结果表明, 嵌入Ag纳米颗粒层, 不仅可以增强器件的导电性, 而且忆阻特性也显著提高. 当颗粒粒径在15–20 nm范围时, 开-关电流比I_ON/I_OFF能够达到10³. 器件的I-V特性受扫描电压幅值V_A的影响, 随着V_A的增大, 高阻态的电流变化较小, 而低阻态的电流明显增大, 开(或关)电压V_SET (V_RESET)和I_ON/I_OFF增加. 实验还发现, 器件高低阻状态的相互转换取决于外加电场的方向, 说明该忆阻器具有极性.     

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     

C20分子的一个电子输运模型研究

本文构建了Li链为电极的富勒烯C20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Li电极和C20分子构成的分子器件进行了电子输运性质的计算. 计算得出了电子透射谱和电流电压曲线, 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,大部分能量的电子是不会穿过器件的, 即使考虑不同偏压,能穿过器件的电子都集中在几个固定的能量上, 且在这几个固定能量上透过率比较高. 计算得出的伏安曲线说明在偏压为1.925V时电流达到最大, 只有在这个偏压周围才有相对明显的电流.     

下电极对ZnO薄膜电阻开关特性的影响

本文采用直流磁控溅射法在三种不同的下电极(BEs)上制备了ZnO薄膜, 获得了W/ZnO/BEs存储器结构. 研究了不同的下电极材料对器件电阻开关特性的影响. 研究结果表明, 以不同下电极所制备的器件都具有单极性电阻开关特性. 在低阻态时, ZnO薄膜的导电机理为欧姆传导, 而高阻态时薄膜的导电机理为空间电荷限制电流. 不同下电极与ZnO薄膜之间的肖特基势垒高度对电阻开关过程中的操作电压有较大的影响, 并基于导电细丝模型对不同下电极上ZnO薄膜的低阻态阻值及reset电流的变化进行了解释. 关键词： ZnO薄膜 电阻开关 下电极     

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.     

含有AlGaAs插入层的InAs/GaAs三色量子点红外探测器

本文报道了采用分子束外延技术制备的三色InAs/GaAs量子点红外探测器. 器件采用nin型结构, 吸收区结构是在InGaAs量子阱中生长含有AlGaAs插入层的InAs量子点, 器件在77 K下的红外光电流谱有三个峰值: 6.3, 10.2和11 μm. 文中分析了它们的跃迁机制, 并且分别进行了指认. 因为有源区采用了不对称结构, 所以器件在外加偏压正负方向不同时, 光电流谱峰值的强度存在一些差异. 不论在正偏压或者负偏压下, 当偏压达到较高值, 再进一步增大偏压时, 都出现了对应于连续态的跃迁峰强度明显下降的现象, 这是由量子点基态与阱外连续态的波函数交叠随着偏压进一步增大而迅速减小导致的.     

(CH3)2和(NH2)2基团修饰的齐聚苯乙炔分子电子输运性质研究

采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了S原子作为单、双端基的(CH₃)₂-OPE (齐聚苯乙炔)和(NH₂)₂-OPE分子在金电极间的电子输运性质. 通过第一性原理优化计算获得分子部分稳定结构, 再置于Au电极之间构成两极系统, 然后再优化整个两极系统获得稳定结构. 另外, 通过非平衡格林函数方法计算了两极系统的电子输运性质. 计算结果表明, 不同的修饰基团和桥接方式可以导致两极系统的开关效应、负微分电阻行为和整流行为等不同的电子输运性质. 通过计算不同偏压下的分子体系投影轨道电子分布、透射谱、态密度, 对这些新异的电输运性质出现的机理进行了解释.     

基于Alq3的有机发光器件的发光特性

以Alq₃作为发光层,在OLED串联型制作系统上成功制备出ITO/TPD/Alq₃/LiF/Al结构的有机发光器件,并建立了一套OLED电流(J)、电压(V)、亮度(B)自动测试系统,在氮气和空气环境下测试并分析了OLED的发光特性。结果表明,基于Alq₃的双层OLED的正向J-V特性可以用陷阱电荷限制流来描述;反向工作时,低压下的反偏电流可能是针孔产生的漏电流,高压下反偏OLED的J-V特性应满足F-N隧穿机制。随着电流进入快速增长阶段,B-J曲线近似地呈线性关系;在低场下,发光效率随电压升高而增大,在高场下,发光效率随电压升高而减小。实验中,还观察到了在电压V=4V左右时,器件具有明显的负阻特性(NDR),进一步的分析表明,由针孔引起的丝状电流可能是负阻特性的成因。     

负偏压作用下染料敏化太阳电池界面及光电性能研究

太阳电池组件由于局部电压不匹配,其中部分电池可能较长时间工作在负偏压状态下,从而影响电池光电性能.借助拉曼光谱、电化学阻抗谱和入射单色光量子效率(IPCE)等测试手段,研究长期负偏压作用下染料敏化太阳电池光电性能的变化及其影响机理.拉曼光谱研究结果表明:电池在1000 h负偏压作用下,电解质中阳离子(Li⁺)会向光阳极(TiO₂电极)移动并嵌入TiO₂薄膜中;长期负偏压作用还会致使TiO₂/电解质界面阻抗增大和IPCE下降,导致电池开路电压升高和短路电流减小.通过加入苯并咪唑(BI)添加剂,经1000 h负偏压后电池的拉曼光谱实验表明,BI能在一定程度阻碍Li⁺的嵌入,电池具有较好的长期稳定性.不同负偏压下的老化实验进一步表明,通过加入添加剂能够使电池在长期负偏压下保持较好的稳定性. 关键词： 染料敏化 太阳电池 组件 负偏压     

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.     

Tl-2212本征约瑟夫森结型负阻器件及负阻放大器

我们利用Tl-2212超导薄膜制作出了的本征约瑟夫森结型负阻器件.对于4 μm长3 μm宽的微桥型负阻器件,峰值电压为0.09V,峰值电流为1.44mA,谷值电压为0.75V,谷值电流为1.05mA,线性区间内负阻阻值约为-1400Ω.利用这种器件,制作了简单的负阻并联式电流放大器.实验证明它确实对信号具有电流放大作用,放大倍数可以通过改变负载电阻的大小来改变.     

电极材料及偏压极性对氧化物介质击穿行为的影响及机制

忆阻器和能量存储电容器具有相同的三明治结构,然而两个器件需要的操作电压有明显差异,因此在同一个器件中,研究操作电压的影响因素并对操作电压进行调控,实现器件在不同领域的应用是十分必要的一个工作.本文利用反应磁控溅射技术在ITO导电玻璃、Pt/Si基底上生长了多晶ZrO_2和非晶TaO_x薄膜,选用不同金属材料Au, Ag和Al用作上电极构建了多种金属/氧化物介质/金属三明治结构的电容器,研究了器件在不同偏压极性下的击穿强度.结果发现:底电极是ITO的ZrO_2基电容器在负偏压下的击穿电场比Pt电极器件稍大.不管底电极是ITO还是Pt, Ag作为上电极时器件的击穿强度均存在明显的偏压极性依赖性,正偏压下的击穿电场减小了一个数量级;相反,在Al作为上电极的Al/TaO_x/Pt器件中,正向偏压比负向偏压下的击穿电场增加了近2倍.上述器件的不同击穿行为分别可以由氧化物电极和介质界面层间氧的迁移和重排、电化学活性金属电极的溶解迁移和还原以及化学活性金属电极与氧化物界面的氧化还原反应来解释.该实验结果对有不同操作电压要求的器件,如忆阻器和介质储能电容器等在器件设计和操作方面具有指导意义.     

含氮-空位缺陷锯齿状石墨烯纳米条带中负微分电阻和自旋过滤效应

采用第一性原理和非平衡格林函数方法,系统研究了含氮空位缺陷锯齿状石墨烯纳米条带的自旋极化输运特性．理论计算结果表明边界非对称的这类石墨纳米条带的基态具有铁磁性,由其构建的分子结中负微分电阻效应具有鲁棒性,是电极局域的态密度及依赖偏压的散射区-电极耦合作用结果．此外,在特定偏压区域还观察到几乎完美的自旋过滤效应．