溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响

结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法计算了溶液酸碱性对低聚苯亚乙炔基分子结电输运性质的影响,此低聚苯亚乙炔基分子中两个不同位置的H原子被氨基和羧基取代.通过质子化和去质子化模拟酸性溶液和碱性溶液对分子结构的影响.计算结果表明:中性环境下分子器件具有良好的导电性和微弱的整流效应;碱性溶液中羧基去质子化后,分子器件电流值增长近一倍,但整流效应变化不明显;酸性溶液中氨基质子化后,分子器件正向偏压导电性能略微降低,但整流方向发生明显反转,且与中性环境下的情况相比,整流比提高了近三倍.提出了一种利用化学手段控制分子结导电能力和整流性能的方法.     

B_(80)分子结电子输运的第一性原理研究

我们采用第一性原理方法研究了由单个和两个B80分子构成的分子结的电子输运性质.研究发现,单个B80分子是一个很好的导体,平衡电导为2.28G0(G0为电导量子,G0=2e2/h),而由两个B80分子构成的二聚体则是一个绝缘体,电导仅为0.062G0.进一步的研究发现,二聚体的导电性可以通过电子掺杂来显著提高,如通过在每一个B80分子中用C替换一个B,电导可以提高到0.26G0.     

B80分子结电子输运的第一性原理研究

我们采用第一性原理方法研究了由单个和两个B80分子构成的分子结的电子输运性质。研究发现,单个B80分子是一个很好的导体,平衡电导为2.28G0（G0为电导量子,2e^2/h ）,而由两个B80分子构成的二聚体则是一个绝缘体,电导仅为0.062G0。进一步的研究发现,二聚体的导电性可以通过电子掺杂来显著提高,如通过在每一个B80分子中用C替换一个B,电导可以提高到0.26G0。     

联苯二胺分子器件电输运特性的取代效应

在第一性原理基础上,理论研究了苯环上含有不同取代物的四个联苯分子的电输运特性。计算结果表明，当苯环上的氢被取代时，联苯分子的两个苯环之间的扭转角增大。分子结的电导随苯环间扭转角的增加而减少,且电导值与扭转角余弦平方成线性关系。在低偏压下，分子结的电输运机制是电子通过 轨道的隧穿过程。计算结果与实验结果符合的较好。     

联苯二胺分子器件电输运特性的取代效应

在第一性原理基础上,理论研究了苯环上含有不同取代物的四个联苯分子的电输运特性.计算结果表明,当苯环上的氢被取代时,联苯分子的两个苯环之间的扭转角增大.分子结的电导随苯环间扭转角的增加而减少,且电导值与扭转角余弦平方成线性关系.在低偏压下,分子结的电输运机制是电子通过π轨道的隧穿过程.计算结果与实验结果符合的较好.     

Switching properties of bi-OPE-monothiol molecular junctions: Substituent effects and improvement of open-close ratio

The electronic transport properties of a new kind of molecular switches-bi-OPE-monothiol molecular switches-were studied by applying first-principles calculations and generalized elastic scattering Green’s function.The numerical results show that,for a bi-OPE-molecule junction,the offset face-to-face configuration induces more delocalized molecular orbitals,and results in higher conductivity than the parallel face-to-face configuration,so it can be used as a molecular switch.The side substituent groups containing more delocalized electrons can strengthen the intermolecular coupling and raise the conductivities of bi-OPE-monothiol molecular devices.On the basis of the investigations,we find a scheme to enhance the open-close ratios of bimolecular switches.     

Electronic transport properties of phenylacetylene molecular junctions

Electronic transport properties of a kind of phenylacetylene compound— (4-mercaptophenyl)-phenylacetylene are calculated by the first-principles method in the framework of density functional theory and the nonequilibrium Green's function formalism. The molecular junction shows an obvious rectifying behaviour at a bias voltage larger than 1.0 V. The rectification effect is attributed to the asymmetry of the interface contacts. Moreover, at a bias voltage larger than 2.0 V, which is not referred to in a relevant experiment [Fang L, Park J Y, Ma H, Jen A K Y and Salmeron M 2007 Langmuir 23 11522], we find a negative differential resistance phenomenon. The negative differential resistance effect may originate from the change of the delocalization degree of the molecular orbitals induced by the bias.     

分子链长对烷烃硫醇分子电输运性质的影响

在杂化密度泛函理论的基础上,利用弹性散射格林函数方法研究了烷烃硫醇系列分子的电输运性质,并同实验结果进行了比较。研究结果表明,在低的外加偏压下,烷烃硫醇分子电流值随着分子链长度的增加而指数减小,其衰减常数约为1.41/CH2,且衰减常数基本上与外加偏压值的大小无关。分子末端原子与探针的距离具有较大地自由度,不同的接触距离导致了分子的电流值有较大地差别。     

1,4-丁二硫醇分子器件电输运性质的力敏特性研究

基于杂化密度泛函理论,研究了1,4-丁二硫醇分子体系的结构随电极作用力的变化及拉断过程;并利用弹性散射格林函数方法进一步计算了不同电极作用力下分子体系的电输运特性.结果显示,界面结构不同,拉断分子体系所用的拉力也不同:分子末端硫原子处于Au(111)面的空位上方时,拉断分子体系需约1.75 nN的拉力;若金电极表面存在孤立金原子与1,4-丁二硫醇分子末端的硫原子相连,拉断分子体系只需约1.0 nN的力,且伴有孤立金原子被拉出.两种情况分别与不同实验测量相符合.分子在压缩过程中发生扭曲并引起表面金原子滑移,然而压缩扭曲过程与拉伸回复过程不可逆.电极拉力约为0.7—0.8 nN时,分子体系在不同界面构型下以及在不同扭转状态下,电导都出现极小值,这与实验结论一致.分子的末端原子与电极间耦合强度随电极作用力的变化是引起分子体系电导变化的主要因素.实验在0.8 nN附近同时测得较小概率的高电导值与双分子导电有关.     

分子的位置取向对分子器件电输运特性的影响

以1,4-二硫酚(DTB)分子为研究对象，利用第一性原理计算方法和非平衡格林函数理论，研究了分子的位置取向对分子电子结构以及分子结电输运性质的影响.计算结果表明，分子位置取向的改变会影响分子的电子结构，从而影响分子体系的电输运特性，扩展分子的平衡态不是电子输运的最佳状态，适当调节分子的位置取向可以提高分子的电输运特性. 关键词： 位置取向 电子输运 分子电子学     

分子电子器件的电性能测试方法

介绍了用于两端分子电子器件电性能测试的纳米孔技术、交叉线接触技术、导电原子力显微镜技术、扫描隧道显微镜技术、纳米间距电极技术以及机械可控断裂结技术．结合分子器件的电性能测试要求，对各类测试方法进行了分析评价，并简要指出了分子器件电性能测试研究的发展趋势。     

分子电子器件的电性能测试方法

介绍了用于两端分子电子器件电性能测试的纳米孔技术、交叉线接触技术、导电原子力显微镜技术、扫描隧道显微镜技术、纳米间距电极技术以及机械可控断裂结技术.结合分子器件的电性能测试要求,对各类测试方法进行了分析评价,并简要指出了分子器件电性能测试研究的发展趋势.     

外加电压对分子器件电子输运特性的影响：非线性输运性质

根据第一性原理计算了由外电场引起的分子的几何结构和电子结构的变化，并利用弹性格林函数的方法计算了分子器件的电输运特性，从而研究了外电场对1,4-苯二硫酚分子电子输运特性的影响。计算结果表明，对于前线分子轨道，能级的移动和分子末端格点的展开系数在低电压范围内随外电压基本成线性变化。外电场对分子器件的伏安特性有很明显的影响，特别是对电导曲线的形状。考虑电场后的理论结果与实验结果符合得较好。     

接触构型及电极距离对4,4’-二巯基二苯醚分子电输运性质的影响

利用从头计算方法和弹性散射格林函数的方法,对4,4'-二巯基二苯醚分子电输运特性的研究结果显示,分子与电极之间接触点的构型以及两电极之间的距离对4,4'-二巯基二苯醚分子的电输运性质都有很大影响.电流随电极距离的变化与耦合系数的变化存在着密切关系.分子末端硫原子处于金原子的顶位上时电流的开启电压很小,而处在金(111)面的空位上时约有1.0V左右电流禁区.与实验结果相比,硫原子更可能处在金(111)面的空位上方.     

六元杂环分子电学特性的理论研究

在第一性原理基础上，利用弹性散射格林函数方法，研究了六元杂环分子结2,5-哒嗪二硫酚 、2,5-吡嗪二硫酚和2,5-嘧啶二硫酚的电子输运特性，分析了终端原子的选取对杂环分子吡 啶电学特性的影响. 利用分子前线轨道理论和微扰方法定量地确定了分子与金属的相互作用 能参数. 计算结果表明，2,5-哒嗪二硫酚具有较好的电学特性，而2,5-嘧啶二硫酚在外加电 压较低时电导值比较小. 对于吡啶分子，选取硒原子作为终端原子时，其导电特性优于分别 以氧原子和硫原子作为终端原子的情况. 关键词： 六元杂环分子 伏安特性 电子输运 分子电子学     

单壁碳纳米管电子输运特性的稳定性分析

基于变形单壁碳纳米管能量色散关系,计算了碳纳米管最低导带的电子速度及有效质量随形变系数变化的各种曲线,以此推测碳纳米管输运性质的稳定性问题.计算结果表明：对于特定类型的碳纳米管,只当其形变发生在某特定方向、且处于低形变（形变系数ε≤002 ）区时,电子平均速度v_mean及平均有效质量m^*_mean随形变改变才会很小（相对改变量≤2%）,这意味着此时的碳纳米管低偏压电子输运性能是基本稳定的.而其他形变情形,电子平均速度v_mean或电子平均有效质量m^*_mean或两者随形变变化明显,甚至有跃变,这意味着其低偏压电子输运性能是不稳定的,甚至极不稳定. 关键词： 变形单壁碳纳米管 电子速度 电子有效质量 输运性能稳定性     

The effects of contact configurations on the rectification of dipyrimidinylben diphenyl diblock molecular junctions

The transport properties of a conjugated dipyrimidinyl-diphenyl diblock oligomer sandwiched between two gold electrodes, as recently reported by [Díez-Pérez et al. Nature Chem. 1 635 (2009)], are theoretically investigated using the fully self-consistent nonequilibrium Green's function method combined with density functional theory. Two kinds of symmetrical anchoring geometries are considered. Calculated current-voltage curves show that the contact structure has a strong effect on the rectification behaviour of the molecular diode. For the equilateral triangle configuration, pronounced rectification behaviour comparable to the experimental measurement is revealed, and the theoretical analysis indicates that the observed rectification characteristic results from the asymmetric shift of the perturbed molecular energy levels under bias voltage. While for the tetrahedron configuration, both rectification and negative differential conductivity behaviours are observed. The calculated results further prove the close dependence of the transporting characteristics of molecular junctions on contact configuration.     

官能团对分子器件电输运特性的影响

以4,4′-二巯基联苯分子为研究对象,利用第一性原理计算方法和非平衡格林函数理论,研究了官能团氨基和硝基对分子的电子结构以及分子结电输运性质的影响. 计算结果表明,在分子的不同位置添加同一类官能团氨基会使分子的电子结构发生变化,从而影响分子结的电输运性质. 而在分子的同一位置添加不同类型的官能团氨基和硝基则对分子间的相互作用有着显著影响,会使分子发生转动,从而改变分子的几何结构和电子结构,影响分子结的电输运特性. 并且发现随着分子的转动,添加官能团硝基时分子会呈现出记忆功能. 关键词： 官能团 电子输运 分子电子学