STM分子结中电流非对称性的定性分析

分子器件的量子输运特性实验(上大部分)是通过扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy,STM)来完成测量的,其测量结果经常会出现非对称的电流-电压(asymmetric I-V,AIV)曲线、负微分电导(negative differential conductance,NDC)等区别于宏观器件的一些输运特性.基于有限元方法和参数建模,给出了一个有局域态存在情况下的输运体系的哈密顿量.同时结合非平衡格林函数方法,对输运体系的电子密度展开自洽场的计算,并在自洽收敛之后分析器件的隧穿电流.用模型参数描绘了分子结的配置,包括分子结的电极耦合强度、分子能级、局域态的能级等因素的作用,定性分析了器件中局域态及其几何结构的非对称性对纳米器件输运性质的影响.结果显示,采用STM的分子结实验中出现AIV和NDC,其本质原因是体系本征的局域态的偏置.     

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.