分子吸附对OPE分子电输运性质影响的理论研究

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随着科技的发展,人们开始在分子水平上设计与制备电子器件,因此分子电子学的研究引起了人们的广泛关注。分子器件除了固有的输运特性之外,其性质还受到外界条件的影响,如温度,磁场,电场及分子的吸附等等。许多研究发现侧基基团修饰、端基桥接作用及气体分子的吸附都会对分子器件的电输运性质产生影响。本文选取齐聚苯乙炔(Oligo(phenylene ethynylene),OPE)和Al12N12分子体系,分别研究了它们的电输运性质。使用第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法研究了OPE分子在NH2和CH3基团侧基修饰下的电输运性质,同时考虑了S原子作为单、双端基的桥接作用,并且对OPE分子作为H2感测器件的机理及CO、CO2、H2O、H2S的吸附对Al12N12电输运性质的影响进行了研究。首先,我们对位于两个金电极间使用S原子作为单、双桥接原子的(CH32-OPE和(NH22-OPE分子电输运性质进行了研究。计算结果表明:对于单S端基时,(NH22-OPE分子表现出开关效应,而(CH32-OPE分子显示出开关加整流的双重效应。对于双S端基时,在整个偏压区域(NH22-OPE和(CH32-OPE分子都表现出非对称的负微分电阻效应。对于这些现象我们利用分子投影轨道电子分布(MPSH)和透射谱对其进行了解释。为了拓展OPE分子更广泛的用途,我们对其吸附H2分子时电输运性质的变化进行了研究。通过优化计算得到了OPE及OPE@nH2(n=4,6,8,10)分子体系的稳定结构,然后计算得到了I–V曲线、透射谱、MPSH及投影态密度(PDOS)。共考虑了6种不同的吸附结构,并且有两种吸附结构是相同的分子个数吸附在不同的位置上。研究发现:H2的吸附将会导致未吸附的OPE分子结I–V曲线中负微分电阻效应(NDR)减弱或者消失。这些性质对有关OPE分子器件的设计和制备提供了参考。最后我们研究了CO、CO2、H2O、H2S分子的吸附对Al12N12分子结电输运性质的影响。通过计算得到了Al12N12及吸附气体分子之后分子体系电流–电压曲线、分子体系投影轨道电子分布和透射谱。
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