癸硫醇分子伏-安特性的理论计算

在密度泛函理论基础上,利用弹性散射格林函数方法对癸硫醇分子的伏-安特性进行了理论计算,结果表明金-癸硫醇-金分子结费米能级约为-4.8 eV,费米能级附近的分子轨道均为局域轨道,对电子输运基本没有贡献,因此在低电压范围内通过分子结的电流很小,该结果与实验测量结果符合得较好.     

单分子二极管整流特性的第一性原理计算

在分子电子学领域中, 设计分子的结构可以实现特定的功能. 单分子二极管的整流行为是极具吸引力的器件功能之一. 研究了对称分子和非对称分子结的电子输运, 分别对应为四苯基和二嘧啶基二苯基单分子结, 二者均是共价结合到两金属电极. 与其同源对称嵌段相比, 非对称二嵌段分子表现出明显的整流行为, 且电子输运方向是从二苯基流向二嘧啶基. 利用密度泛函理论(density functional theory, DFT)和非平衡格林函数(non-equilibrium Green's function, NEGF)结合的第一性原理方法研究了单分子结的电子结构及其量子输运. 电流-电压 ($I$-$V$)曲线的非对称性可以用非对称分子二嵌段在偏压下由于电子态的局域性带来的非平衡效应进行解释. 本理论计算定性上符合其他小组的实验结果, 且尝试了不同的末端接触. 结果发现, 实验中的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope, STM)针尖接触结构会一定程度地抵消非对称分子的整流效应, 而 STM 针尖接触结构的结果分析也符合之前的理论预测.     

连接在块体电极之间的PTCDI系列分子体系的输运性质

通过采用密度泛函理论与非平衡格林函数的相结合的第一性原理方法,对四甲酰二亚胺系列分子PTCDI-Cn(n=0,6)的电荷输运性质进行了理论计算.在计算中,PTCDI-Cn(n=0,6)分子分别与Al,Li以及石墨烯3种块体电极组成三明治结构分子结.从电流-电压曲线可知PTCDI-C6分子结体系中出现了负微分电阻以及整流等输运性质.结合透射谱以及投影态密度,对其输运性质进行了相应的分析.计算结果表明这类PTCDI系列分子在将来的分子尺度器件中具有较大的应用价值.     

连接在块体电极之间的PTCDI系列分子体系的输运性质（英文）

通过采用密度泛函理论与非平衡格林函数的相结合的第一性原理方法,对四甲酰二亚胺系列分子PTCDI-Cn(n=0,6)的电荷输运性质进行了理论计算.在计算中,PTCDI-Cn(n=0,6)分子分别与Al,Li以及石墨烯3种块体电极组成三明治结构分子结.从电流-电压曲线可知PTCDI-C6分子结体系中出现了负微分电阻以及整流等输运性质.结合透射谱以及投影态密度,对其输运性质进行了相应的分析.计算结果表明这类PTCDI系列分子在将来的分子尺度器件中具有较大的应用价值.     

单电子输运器件中的动态电子传输

在基于GaAs/AlGaAs异质结二维电子气的声表面波单电子输运器件中,利用声表面波诱发的动态量子点依次通过由串联的三对刻蚀门电极各自所形成的准一维通道,成功实现了电子的量子化动态输运,并对输运特性进行了分析.通过提出局域态杂质模型和电子的屏蔽效应,解释了实验中观测到的双峰声电电流现象.     

溶剂环境对分子器件电学性质的影响

利用弹性散射格林函数方法,研究了低聚次苯基乙炔分子器件的电输运性质,并分析了水环境对分子器件电输运性质的影响.计算结果表明氢键作用降低了分子器件的导电特性.氢键作用主要是降低了分子内π电子的离域性,从而改变了分子结的电子输运特性.     

分子器件中电子弹道输运理论研究进展

分子器件中，电子主要是弹道输运，本文总结了非平衡格林函数理论及其与Landauer．Buttiker理论、局域电流分布理论的关系。     

分子间相互作用对电子输运特性的影响:第一性原理研究

用第一性原理非平衡格林函数方法研究了两个苯二硫酚(S-C6H4-S)置于两个Al(100)电极之间的输运性质。计算了分子间距离不同时,平衡电导的变化。发现态密度的变化与平衡电导的变化一致。同时分析不同距离的非平衡特性——I-V曲线特性。发现通过改变两分子间距离,体系的输运性质表现出分子开关的行为。还比较了双分子体系的输运特性与相应的单分子的输运特性关系。发现双分子的输运特性并不是单纯的两单分子输运性质的几何叠加。分子间的相互作用对体系输运特性具有重要影响。     

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。     

吩嗪-铝复合物体系输运性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理,对由吩嗪分子和单个铝原子构成的复合体系的电荷输运性质进行研究.计算模型是由吩嗪-铝复合物与两个无穷长的Al(100)纳米线电极构成.研究结果表明:在没有施加偏压的平衡状态下该体系在费米能级附近具有良好的电荷透射性能,而在施加偏压的非平衡状态下该体系有负微分电阻效应.结合透射谱及投影态密度,对其输运性质进行了理论解释.从该研究结果可知这类吩嗪-铝复合物在将来的分子尺度器件中具有潜在的应用价值.     

吩嗪-铝复合物体系输运性质的第一性原理研究（英文）

采用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理,对由吩嗪分子和单个铝原子构成的复合体系的电荷输运性质进行研究.计算模型是由吩嗪-铝复合物与两个无穷长的Al(100)纳米线电极构成.研究结果表明:在没有施加偏压的平衡状态下该体系在费米能级附近具有良好的电荷透射性能,而在施加偏压的非平衡状态下该体系有负微分电阻效应.结合透射谱及投影态密度,对其输运性质进行了理论解释.从该研究结果可知这类吩嗪-铝复合物在将来的分子尺度器件中具有潜在的应用价值.     

原子链耦合石墨烯电子输运性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,运用非平衡格林函数的方法,对B直线原子链、N直线原子链、Si直线原子链耦合石墨烯纳米带构成分子器件的电子输运特性进行了第一性原理模拟,计算得到3种不同构型分子器件的平衡电导,分别为1.16 G0,0.79 G0,1.16 G0.电荷布局计算结果表明,原子链耦合石墨烯改变了原子链原子的局域态密度,为电子的传输提供了更多的隧穿模式.在0~1.2 V时,对于graphene+5B,graphene+5Si分子器件的电流随着电压的增大而增大,其I-V关系近似为线性关系,表现出金属导电特性;而对于graphene+5N分别在0~0.7 V,0.9~1.2 V时,I-V关系近似为线性,但在0.7~0.8 V时却存在负微分电阻现象.     

掺铒富硅氧化硅发光器件电致发光衰减机制

首先采用多靶射频磁控共溅射结合后退火工艺制备了掺Er富硅氧化硅MIS(金属-绝缘体-半导体结构)电致发光器件,然后通过电致发光(EL)以及电流-电压(I-U)特性测量对发光器件的光电性能进行表征.最后,通过对比不同富硅含量的发光器件的载流子输运机制,并通过分析器件中的电荷俘获过程,对富硅氧化硅器件中铒离子电致发光的激发和猝灭机制进行了解释.结果表明:富硅的存在改变了MIS发光器件中的载流子输运过程,造成外加电场下注入的电子能量降低,进而降低Er离子发光中心的激发效率;而富硅引入的缺陷态会引起电荷俘获及俄歇效应,也会使得发光中心发生非辐射复合过程.     

基于表面势的有机薄膜晶体管漏电流的解析模型

考虑到有机薄膜晶体管(OTFT)带隙中存在指数分布的陷阱态密度,提出了基于表面势的电流解析模型.在模型建立过程中,使用薄层电荷近似区分扩散电流和漂移电流;采用泰勒展开来实现表面势的解析求解,得到较高的求解精度.基于变程跳跃理论,即载流子在局域态之间的热激活特征的隧穿输运机理,解释了OTFT的转移特性和温度特性.模型计算...     

苝酰二亚胺衍生物的电子输运性质的第一性原理研究

利用密度泛函理论与非平衡格林函数的第一性原理方法,从理论上研究苝酰二亚胺衍生物PTCDI-[CH2]n(n=0,2,4,6)分子体系的电子输运性质.结果表明:所有的分子结体系结构中都出现了负微分电阻现象,体系的电子输运性质取决于体系中分子的长度.随着CH2数目的增加,分子的长度相应增加,体系的电导呈指数减少;当n≥2时,分子结呈现整流特性;当n=6时,分子结在±2.1 V时整流比高达72.6;这种整流现象归因于分子的非对称结构.     

团簇-电极距离和门电压对团簇Al4输运性质的影响

该文用第一性原理非平衡格林函数方法研究了团簇与电极之间的距离和门电压对团簇Al4输运性质的影响.团簇Al4放置在两个半无限长的Al(100)电极中.研究结果发现:体系平衡电导随电极距离的增大并不是单调变化,而是先增大,后减小;随着门电压变化,平衡电导呈现出振荡行为,且团簇与电极之间的距离对其平衡电导的振荡特性有很大的影响.当接触距离固定时,团簇Al4体系的导电率随着门电压变化出现高电导态和低电导态,表现出一种分子开关行为.通过分析各种情况下体系费米能级处的总态密度(DOS),我们发现系统的平衡电导的变化来源于费米能级处态密度的变化.如门电压引起的电导振荡行为是由于在门电压的作用下,Al4团簇的能级发生移动使得团簇的能级和电极的费米能级连接发生变化,从而导致系统在费米能级处的总态密度的变化.电荷转移分析显示:无论是改变团簇电极间的距离,还是改变门电压,电荷转移都不是平衡电导变化的主要因素.     

非对称分子中的电流开关效应第一性原理研究

该文采用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了非对称分子HOOC-C6H4-(CH2)2的输运特性.非对称分子HOOC-C6H4-(CH2)2放在具有有限截面的Al(100)电极中.研究发现,非对称分子HOOC-C6H4-(CH2)2中存在很好的电流开关现象:随着外加偏压的升高,通过分子的电流迅速增加;但是当偏压升高到0.6 V之后,电流开始减少;在1.3 V时,电流几乎处于截止状态.得到了很高的开关流系数~40,非对称分子HOOC-C6H4-(CH2)2的这种导电特性将能在未来的分子器件中有着非常重要的应用.通过分析各种偏压下的透射谱图,阐述了分子开关产生的原因.     

单电子输运器件及其研究进展

单电子输运器件是指能在基本电荷层次上控制电子输运的器件.器件在周期时钟信号的作用下,每个周期有n个(通常是一个)电子从源端搬运到漏端,产生量子化电流.单电子输运器件在量子计量和量子信息处理领域存在广泛的应用前景.为此,人们在实验和理论方面做了大量研究工作,力求研制出高精度(10~(-8))、大电流(nA量级)的单电子输运器件,真正达到应用要求.主要从实验研究的角度介绍近20年来单电子输运器件的研究进展,描述各种单电子输运器件的工作原理和实验结果.     

基于非对称量子信道的非局域N-qubit受控幺正门的网络设计与优化

本文提出在非对称量子信道辅助下有效地实现非局域N-qubit受控幺正门的局域操作方案.分别设计两个量子网络去实现该非局域门.方案一用(N–2)个对称的qubit-qubit Bell态和一个非对称的qubit-qudit Bell态作为量子信道.它利用qubit-qudit Bell态中qudit的(N–2)个附加能级将(N–1)个非局域控制态的多个计算基态"隐藏"起来,简化了该非局域门的操作.该方案的缺陷是,qudit的能级和所耗费的1-qudit门随N增加.在不改变网络功能的条件下,方案二用(N–1)个非对称的qubit-qutrit Bell态作为量子信道,对方案一进行了优化.该方案分别利用(N–1)个qutrit的第3能级仅将(N–1)个非局域控制态的某个计算基态"暴露"于随后的操作,进一步降低了网络的复杂度,提高了操控速度.值得注意的是,两个方案在不使用辅助系统的条件下所需的局域二体门仅为(3N–4)个.     

电极距离对苯二氰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理论,研究了对苯二氰分子结在不同电极距离下的电输运特性.计算结果表明,不同电极距离下,该分子结的伏安特性有较大变化,即随着电极距离的增加,分子结的电流减小.