单、双硅原子链电子输运性质的理论模拟

运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法对硅原子链与Au(100)电极耦合构成纳米结点的电子输运性质进行了理论模拟计算.结点构型主要考虑了原子单链、原子双链(优化、未优化)分别与电极耦合的3种情形,计算结果得到3个纳米结点的平衡电导,分别为2.659 G_0,3.020 G_0,3.436 G_0(G_0=2e~2/h).电子传输通道主要由Si原子的p电子轨道电子构成,双原子链的电导明显优于单原子链;在-1.2~1.2V,随着外偏压的增大,原子链的电导几乎不变,其I-V曲线都表现出线性特征.     

Au－Si6－Au纳米结点电子输运行为的理论计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对Si6原子链与两半无限Au(100)－3×3电极耦合构成纳米结点的电子输运行为进行了理论模拟,对结点在不同距离下的电导、结合能进行了计算,结果得到当两电极距离为2.219 nm时,结点结合能较大,结构比较稳定,此时Si－Si平均键长为0.213 nm,Si－Au键长为0.228 nm.对于稳定结构结点,平衡电导为1.093 G0,电子主要通过Si原子的px与py态电子形成的π键进行传输;在－1.2～1.2 V的电压范围内,Si原子链导体具有比较稳定的电导,表现出类似金属的导电特性,其I－V曲线近似为直线关系.     

铝原子链电子输运性质的第一性原理计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,对5个Al原子构成的链耦合在Au(100)之间所形成的三明治 结构的纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果得到在两极距离为2.212nm 时,几何结构最稳定, 此时平衡电导为0.596G0(G0=2e2/h),电子主要通过Al链的p电子轨道进行传输;在-1.0~1.0V 的电压范围 内,随着正负偏压的增大,电导先减小后增大,成对称变化,而I-V曲线表现出非线性特征.     

“金属-Si原子链-金属”纳米结点电子输运性质的计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数,以5个Si原子构成的直线链,及其与2个半无限长Au(100)-3×3电极相连接构成的金属-原子链-金属"三明治"模型为研究对象,对该结构的纳米级结点的电子输运进行了计算.结果表明,在两极距离dz=1.95~2.39nm的拉伸过程中,结点电导值有数量级的变化.当dz=2.03nm时,结点的结合能最小(ΔE=-5.43eV),结点结构最稳定,原子链内部Si—Si键长平均值为0.216nm,此时结点的电导为0.44 G0(G0=2e2/h).Si原子的px与py轨道电子形成π键,构成了电子经过结点的主要传输通道;随着正负外偏电压的增大,电导减小,且成对称变化,其I-U曲线表现出非线性特征.     

GaAs原子链耦合石墨烯电子输运性质的理论计算

基于密度泛函理论,运用非平衡格林函数对(GaAs)_4原子链耦合石墨烯纳米条带的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果发现通过改变原子链与石墨烯之间的距离可以有效调制系统的电子传输行为.当(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的距离d在0.10~0.28nm的范围内变化时,石墨烯、原子链上各自的电子传输要相互影响,且系统的平衡电导在2G_0~7G_0之间发生G_0(G_0=2e~2/h)整数倍的变化,即表现出量子化电导现象;当d0.28nm时,总的电导等于各自的电导之和,此时(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的耦合很弱,各自的电子输运相互影响很小.     

B、N掺杂4-ZGNR电子输运性质的理论计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对锯齿型石墨烯纳米带4-ZGNR掺杂B、N原子的电子输运进行了计算.结果得到在0～1.0V的电压范围内,4-ZGNR及其分别掺杂B、N原子3种纳米器件的电流-电压曲线具有明显的非线性关系;掺杂B、N对4-ZGNR费米能级附近电子的输运起到了一定抑制作用,在一定能量区域的电子存在完全共振背散射;4-ZGNR掺杂B原子后表现出负微分电阻现象.     

碳硅原子链电子输运性质的理论计算

以C-Si-C-Si直线原子链与Au(100)-3×3电极耦合所构成的纳米结点为研究对象,用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对结点的电子输运进行了理论模拟.计算结果得到:当2电极距离为1.686 nm时,纳米结点体系总能量最低,结构最稳定,C-Si平均键长为0.166 nm,此时结点的透射系数为0.627,平衡电导为0.627 G_0,电子传输通道主要由碳、硅原子的p电子轨道形成的π键所构成;在电压为0～1.0 V时,纳米结点稳定结构的电导随着外偏压的增大而减小.     

双原子链电子输运性质的理论模拟计算

【目的】探究双原子链间的距离对电子输运性质的影响。【方法】运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法对由两条Si原子链平行并列构成的双原子链通过S原子与两个半无限长的Au(100)电极相耦合构成的纳米结点的电导进行理论模拟计算。【结果】原子链之间距离增大时,电导变化显著。当d=0.385nm时,结点的平衡电导取得最大值,且大于单原子链的平衡电导的两倍,电流-电压曲线表现出比较良好的线性特征;当d0.435nm时,随着距离的继续增大,双原子链的电导几乎不再变化,大小等于单原子链电导的2倍。【结论】在一定距离范围内,原子链间的距离对结点的平衡电导有重要影响。     

直线硅原子链电子输运特性的计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数对6个Si原子构成的直线链两侧以对顶位、对空位分别与理想Au(100)3×3半无限电极耦合的纳米结点结构的电子输运特性进行了第一性原理计算.计算结果得到对空位结构比对顶位结构更稳定,电导性也更好,电导随着正负电压的增大而略有减小,且呈现出对称性变化,其电流电压曲线表现出线性特征.     

中心掺杂对CNT—C60—CNT分子结电子输运性质影响的第一性原理研究

用第一性原理计算方法研究了在C60中心掺入Si、Li、Au等单原子后对CNT-C60-CNT分子结电子输运性质的影响,包括掺杂前后各体系在不同接触距离下输运性质的变化．计算结果表明：在C60中心,Li原子的存在显著增大了其平衡电导,而Si,Au等原子对体系电子输运性质的影响比较复杂．最后,研究并比较了各体系在非平衡态下的I-V特性．     

中心掺杂对CNT-C_(60)-CNT分子结电子输运性质影响的第一性原理研究

用第一性原理计算方法研究了在C60中心掺入Si、Li、Au等单原子后对CNT-C60-CNT分子结电子输运性质的影响,包括掺杂前后各体系在不同接触距离下输运性质的变化.计算结果表明:在C60中心,Li原子的存在显著增大了其平衡电导,而Si,Au等原子对体系电子输运性质的影响比较复杂.最后,研究并比较了各体系在非平衡态下的I-V特性.     

双原子链电子输运性质的理论模拟计算

【目的】探究双原子链间的距离对电子输运性质的影响。【方法】运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法对由两条 Si 原子链平行并列构成的双原子链通过 S 原子与两个半无限长的 Au ( 100 )电极相耦合构成的纳米结点的电导进行理论模拟计算。【结果】原子链之间距离增大时,电导变化显著。当 d =0.385nm 时,结点的平衡电导取得最大值,且大于单原子链的平衡电导的两倍,电流 - 电压曲线表现出比较良好的线性特征;当 d >0.435nm 时,随着距离的继续增大,双原子链的电导几乎不再变化,大小等于单原子链电导的 2 倍。【结论】在一定距离范围内,原子链间的距离对结点的平衡电导有重要影响。
     

掺杂对碳链的输运性质影响的第一性原理研究

该文用第一性原理非平衡格林函数方法研究了掺杂对7个碳原子组成的一维原子链的输运性质的影响.碳原子链放在具有有限截面的Al(100)电极中.特别地,我们选取了7种常见的气体分子(H2、O2、CO2、HCl、NO、NO2、SO2)作为研究对象,研究发现,气体分子的介入不但改变了碳链上电荷的分布,而且不同程度地减少了从电极转移到碳链和气体上的电荷数目,对体系输运性质产生很大的影响.特别地:放置H2时,使碳链体系的平衡电导由1.06 G0降为1.01 G0;而放置SO2时,使其平衡电导竟降到了0.1 G0.此外,研究放置各种气体分子时,体系的电流-电压(I-V)特性,在0~1.0 V的电压范围内,放置NO、HCl、NO2时出现了很大的负微分电阻,而放置O2、CO2时没有出现负微分电阻.     

石墨烯基碱金属离子态密度变化规律研究

应用石墨烯态简化吸附模型,研究了吸附在石墨烯上的碱金属离子与石墨烯碳原子的相互作用能V、能带宽度D以及态密度随原子满壳层数的变化规律.结果表明:1吸附在石墨烯上的碱金属离子与石墨烯碳原子的相互作用能V随满壳层数的增多而减小,其大小在0.8~2.0eV之间;而电子能带宽度随满壳层数的变化无明显规律:各元素的能带宽度都较宽(4 000~7 500eV),远大于禁带宽度Δ=4.76eV,其中钾元素的D最大,铷元素的D最小.2石墨烯的态密度随电子能量的变化关于ε=0左右对称,石墨烯中的电子处于正负能量状态的概率相同;电子能量在-100~+100eV范围时态密度严重尖锐化,而其他能量区域态密度的值和变化都很小;电子态密度所处的能量范围随着离子满壳层数的增加而减小.3吸附在石墨烯上的碱金属离子,其态密度随电子能量的变化关于ε=0左右不对称,较多的电子处于正能量状态;碱金属离子中电子处于正、负能量的态密度的差异随着满壳层数的增加而减少.     

分子间距及洞位占据对碳双原子链电子输运性质的影响

模拟了两条平行碳原子链通过硫原子连接在一对半无限大的金电极(111)面之间组成的双分子器件的电子输运特性。计算结果表明,当原子链间距比较小时,原子链之间的距离是决定双分子器件电子输运性质的关键因素。随着原子链的间距增大到一定数值时,硫原子在金电极上的洞位占据类型在整个双分子结系统的电子输运过程中起决定作用。     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附钛原子链的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带(10G、11G、12G和13G)吸附zigzag型Ti原子链的几何结构、电子性质和磁性。结果表明,zigzag型Ti原子链可以稳定吸附在石墨烯纳米带表面。Ti原子链吸附在纳米带的边缘洞位(10G-1、11G-1、12G-1和13G-1)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加。Ti原子链吸附在不同宽度石墨烯纳米带的不同位置,呈现不同的电子结构特性。其中,10G-1、10G-2和11G-2的吸附体系表现出半金属特性,其余吸附体系都为金属性质。同时,石墨烯纳米带吸附Ti原子链的体系具有磁性,其磁性主要来源于Ti原子。当Ti原子链吸附在纳米带边缘洞位时,zigzag原子链上A类Ti原子的磁矩总是小于B类Ti原子的磁矩;随着Ti原子链移向纳米带中心,两类Ti原子的磁矩趋于相等。研究结果揭示,通过吸附zigzag型Ti原子链,可以有效调控石墨烯纳米带的电子结构与磁性质。     

聚偏二氟乙烯分子器件第一性原理设计

聚偏二氟乙烯(PVDF)分子因其组成元素的轻量性、结构直线性及铁电性等优良性质被广泛研究和应用在化工和电气领域。文章设计了一类以PVDF分子链为散射区,石墨烯纳米带为电极材料构建的分子器件。采用密度泛函理论结合非平衡格林函数理论方法计算了该类型分子器件的量子输运性质。文章设计改变PVDF分子链垂直于输运方向的旋转角度,结构和极化性质也随之变化,进而引起了器件输运性质的变化。输运性质的开关比最大可以达到三个数量级,这些结构可以作为电子元器件应用在电子器件领域。PVDF器件输运性质变化与极化性质变化的相关性为实现不同维度的信号测量提供了一种新的设计思路。     

电子在硅掺杂石墨烯结构中的输运特性

该文利用密度泛函理论计算了石墨烯6×3×1单层分子中的电子传输特性.计算结果表明,Si掺杂位置不同,石墨烯的能带结构发生改变.然后沿锯齿型方向加电极电压0.5V,再分别沿锯齿型方向和扶手椅型方向进行掺杂,利用Dmol~3模块分析得到其传输特性曲线.计算结果表明,在掺杂原子均匀分布时,在其两端加正向电压和反向电压的情况下,电子传输相对较为稳定.当沿锯齿型方向和扶手椅型方向间隔掺杂时,电子反向传输浮动较大.并且发现在扶手椅型方向上掺入Si原子增多,则电子传输曲线峰值降低,符合欧姆定律的特性.     

Se与Te替位掺杂对WS2-MoS2纳米器件电子输运性质的影响

基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了Se与Te原子替位掺杂对WS₂-MoS₂纳米器件电子输运性质的影响.结果表明,WS₂-MoS₂纳米器件为间接带隙半导体,器件电流在[+0.7 V,+1.0 V]与[-1.0 V,-0.9 V]偏压范围内随着偏压的增大逐渐减小,呈现显著的负微分电阻效应;Se与Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件进行替位掺杂后均呈现有趣的负微分电阻效应,器件两端电流的隧穿也显著改善;Se原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体;Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体甚至金属,且导电性能大幅提升.     

异甘草素分子器件输运性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的计算方法,研究了异甘草素分子以不同方式耦合到金电极上时,其耦合程度与结构的伏安特性关系。研究表明,异甘草素分子能够与金电极形成良好的耦合;无论以何种方式耦合,所构成分子器件的电流随电压的增大先增大后减小,即存在负微分电阻效应。分子两端分别通过碳和氧原子与金电极耦合的分子结出现负微分电阻效应所需的电压小于两端分别通过硫原子和探针与金电极耦合的分子结;通过对比发现,在电压小于1.56 V时,分子两端分别通过碳和氧原子直接与金电极耦合的分子结的电阻较小,导电能力强。