侧吸附铁原子链锯齿形石墨纳米条带的输运性质的研究

本文利用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理计算对在侧边吸附一条铁原子链的锯齿形边界石墨条带的输运性质进行了研究.发现吸附在侧边的铁原子链更大程度地破坏其边界态从而使其产生较明显的自旋极化.无论从能带结构还是透射率来看体系的输运性质都是自旋极化的,而且相比于中间吸附的例子要明显.     

连接构型对铬卟啉分子自旋过滤效应的调控

采用第一性原理方法对不同连接构型的铬卟啉分子电子自旋输运性质进行计算分析.结果表明，对角连接构型的铬卟啉分子在0～0.2 V偏压区间范围内的自旋极化率高达95%以上，水平连接构型的导电性能比对角连接高约1个数量级.说明改变铬卟啉分子连接构型，可以改变电子自旋前线分子轨道分布和输运路径，从而实现其自旋过滤效应，对基于不同连接构型的铬卟啉分子器件的电子自旋输运性质进行有效调控.     

吸附铁原子链的石墨条带中热电输运性质的研究

在锯齿形边界石墨条带的中央吸附一条铁原子链,使其产生自旋极化;通过第一性原理计算对其热输运性质进行研究.发现无论是体系的电输运还是热输运性质都是自旋极化的,并且可以得到很大的热电势.调节化学势变化则热电势的值会有正有负,而热导却总是正的.     

分子器件电输运性能的比较研究

从第一性原理出发,在几何结构优化的基础上,用弹性散射格林函数的方法对萘分子器件的电子结构及其电学性质进行了计算。计算结果表明,选择不同的官能团与分子结合组成不同的分子构型,会引起分子器件电子输运谱的很大变化,同时也对分子电流和电导等电输运性质产生明显的影响。     

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.     

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。     

有机/铁磁复合结构薄膜的制备及其界面性质的研究

我们在制备PVDF有机薄膜与Co磁性金属形成的有机/磁性金属复合薄膜结构时,发现当在不同条件下生长Co时,PVDF/Co界面会产生不同程度的金属颗粒的渗透现象,进而导致不同界面性质会对器件的电学输运性质产生影响.为了更好地表征这种复合结构的界面形貌,我们通过对PVDF有机薄膜、PVDF/Co复合薄膜、以及对PVDF/Co复合薄膜刻蚀掉Co后的薄膜三种结构的表面进行表征.对比发现PVDF在Co生长后,Co颗粒会向PVDF薄膜层产生一定的渗透.此后,我们进一步研究了Co不同渗透程度下的ITO/PVDF/Co器件的电输运行为.通过在不同温度下进行电输运测量,我们发现Co的渗透使得该结构的电阻产生显著性的减小,且电阻对温度的依赖性也显著降低.     

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.     

δ掺杂对磁纳米结构中电子输运性质的影响

建立铁磁条调制下含有δ掺杂的磁纳米结构模型,计算不同δ掺杂位置及高度时电子的透射几率及自旋极化率,重点研究了该纳米结构中电子的自旋输运性质。结果表明,该磁纳米结构中可实现较显著的自旋极化效应,且δ掺杂的位置及高度均会对其中的电子输运性质产生影响。因此,理论上可以通过控制δ掺杂的位置及高度来获得实际需要的自旋极化强度,有助于新型自旋电子学器件的开发。     

侧向耦合对量子线传输性质的调制

利用递推格林函数方法,研究了‘T’型介观结构中的侧向耦合量子链对主量子线输运性质的调制,发现了能量对称中心位置对于判断调制模型的输运特性起关键性作用.结果表明,格林函数方法的计算较为简捷,并且,可以较方便地用来研究其他各种人造介观量子器件的输运性质.     

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.     

单分子磁体耦合铁磁电极的量子输运

用主方程方法研究单分子磁体与两个铁磁电极耦合的自旋极化输运特性,对左右铁磁电极的自旋极化方向成任意角的情况,计算了单分子磁体量子态的占据率及通过系统的电流和隧穿磁阻(TMR).态的占据率随时问的变化表明单分子磁体的自旋翻转,当时间足够长时,占据率达到稳态,不同的夹角发生翻转现象的时间不同.这些结果为磁性分子器件的设计提供了理论依据.     

铁磁体/共振隧穿二极管复合器件中的自旋注入研究

本文在共振遂穿二极管（RTD）的基础上引入自旋,研究了这种铁磁体（FM）/RTD复合结构中的自旋输运行为。结果表明：器件的自旋极化率随着费米能呈现类周期性振荡;这种振荡行为还与器件的尺寸有关系,随着RTD厚度减小,峰宽增大。该器件中的自旋极化率最大可达到近40%。器件的自旋相关电子输运行为还可以通过外加偏压进行调控。     

纳米分子器件电子输运性质的理论研究

随着分子器件的测量和制备技术不断突破,揭示电子输运机制的理论也得到了很大的发展。本文将纳米分子器件的电极和分子本体作为一个系统,考虑入射电子在原子电极和分子本体中的传导,根据量子理论,得出了系统的电流密度函数模型。这一理论模型把3个区域上的不同量子态完整地表达在一个方程里,符合物理学基本原理,可以系统地用来研究纳米分子器件的电子输运特性。     

双壁纳米管的量子输运性质

采用密度泛函理论结合非平衡格林函数研究双壁碳纳米管及其与硼氮复合材料的输运性质,探索内、外管重叠长度对其输运性质的调控。研究结果表明重叠长度对多壁纳米管的输运性质起着至关重要的作用。随着重叠长度的变化,双壁碳纳米管的输运性质表现异常,但是与内、外管间距变化无关,也与开口端的悬挂键是否被氢饱和无关。硼氮调控复合材料纳米管的电子结构和输运性质。内、外管的重叠长度也影响其输运性质,随着重叠长度的变化,输运行为出现异常现象,但是却与碳纳米管表现的行为相反。碳与硼氮复合材料纳米管存在明显的隧道效应。通过改变重叠长度和硼氮比例调节其量子输运性质在未来的纳米器件和纳米技术中有潜在的应用价值。     

齐分子吡咯中极化子和双极化子及其稳定性

采用半经验Austin Model 1(AM1)方法，计算了齐分子吡咯聚合物(PPy)的中性态和带电态的几何结构性质．与中性态相比，带电态下其分子结构表现在C-C键长发生显著改变，单电荷掺杂导致极化子元激发；当掺杂的双电荷随机放置时，出现了两种情况：一种情况下产生双极化子，另一种情况下会产生两个分立的极化子．通过控制链的长度．可实现极化子与双极化子之间的相变，从而揭示出在有机半导体材料中实现自旋极化输运的可能性．     

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.     

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.     

分子链长对分子结电输运性质的影响

利用杂化密度泛函理论,研究了烷烃硫醇分子与金电极形成分子结的电子结构,利用弹性散射格林函数方法研究了烷烃硫醇分子的电输运性质,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。