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。     

边界掺Be原子石墨纳米带的自旋输运性质研究

采用基于第一性原理和非平衡格林函数的输运计算方法,研究了4个原子宽度锯齿（zigzag）型纳米带在边界掺Be原子时对输运性质的影响.结果发现：石墨纳米带呈半导体特性,杂质原子抑制了附近原子的局域磁性,改变了完整纳米带的电子结构,2种自旋电子将表现出不同的透射情况,且在费米面附近尤为明显.通过计算散射区的分子自洽哈密顿量（MPSH）能谱,发现2种自旋电子能级不再简并,在外加偏压下纳米带产生自旋极化电流.同时,在偏压低于1.5 V时,其中1种自旋电子出现负微分电阻现象（NDR）.     

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。     

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。     

金电极晶面指数对C20富勒烯电子输运性质的影响

模拟金电极晶面指数（111）/（100）对C₂₀富勒烯电子输运性质的影响。计算结果表明,在Au（100）-C₂₀-Au（100）分子结的电流—电压曲线上可观察到新奇的负微分电阻现象,而Au（111）-C₂₀-Au（111）系统的电流随外加偏压的增大持续增长。     

H2分子器件电子输运性质的模拟计算

理论计算H2分子在一维Pt链电极间形成的分子桥的伏安特性和电导,结果表明在两端金属电极作用下,H2分子的能隙减小,使得体系导电性能提高。     

掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为N(a)=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位...     

局域体缺陷对石墨烯纳米带电子输运性质的影响

利用递归格林函数方法研究存在体空位时之字型边界石墨烯纳米带的电子输运性质。研究结果表明,纳米带的电导对体空位非常敏感。当体系存在一个单原子空位时,电导受到明显的压制,完美的量子化台阶消失。同时在费米能处存在一个电导沟;当体系存在一个双原子空位时,电导压制亦非常明显,但电导沟存在于第一能带带边处。局域态密度分析结果显示,电导沟的形成是因为电子态局限在体空位周围,不能形成有效的电子通道,从而导致体系电导下降。另外,当存在两个随机分布的单原子空位时,体系的电导存在共振透射峰,透射峰的数目随着两个体空位之间的距离改变而改变。计算结果发现,体空位之间的距离每增加3个超原胞,电导将会增加一个透射峰。     

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.     

二硫化钼的电子输运与器件

二硫化钼具有与石墨烯类似的二维层状结构,因其宽禁带、无悬挂键等特性,在以晶体管为代表的逻辑器件领域有广泛的应用;另外,单层二硫化钼为直接带隙半导体,在光电器件中应用也逐渐引起研究人员的关注.本文综述了近期基于二硫化钼晶体管器件电子输运研究、及其在电子、光电器件领域研究进展;除此,对于二维过渡金属二硫属化物中诸如二硫化钨、二硒化钨在器件方面应用也进行了简单的讨论.     

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。     

MgB_2晶胞电子输运性质的计算

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数,对MgB2晶胞的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果得到MgB2晶胞的c轴垂直于z轴方向(电子传输方向)时的电导大于c轴平行于z轴方向时的电导,在外电压为(0～0.9V)范围内,电导比较稳定,其伏安曲线表现出线性特征,并从透射谱、投影态密度与电荷转移量对电子输运性质进行了分析与讨论.     

梯子形石墨烯纳米条带输运性质的研究

在紧束缚近似下,采用Green函数和Landauer-Büttiker公式计算了梯子型石墨烯纳米条带的电子输运性质。结果表明,随着阶梯数的增加,梯子型石墨烯纳米条带电导峰以0.0 eV为中心发生对称分裂,中心电导峰减小直至消失;随着阶梯间间隔变大,电导峰减小。通过数值计算,揭示了该新型石墨烯结构电子输运的物理机制,为基于石墨烯的新器件的设计和优化提供理论指导。     

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.     

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.     

常压下Se和Te电子结构和弹性性质的第一性原理计算

利用基于密度泛函的第一性原理, 计算ⅥA族元素Se和Te在常压下的能带结构、 电子态密度、 弹性系数和德拜温度. 能带结构和电子态密度的计算结果表明: Se为间接带隙半导体,  Se费米面附近的导带和价带主要来自外层4p⁴电子的贡献, 4s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少; Te为直接带隙半导体, Te费米面附近的导带和价带主要来自外层5p⁴电子的贡献, 5s²电子对费米面附近的导带和价带贡献较少.  弹性系数计算结果表明: 常压下具有六角结构的Se和Te的力学性质稳定;  其德拜温度分别为263 K和315 K.      

Electronic Properties of Organic Semiconductors Based on Nonconjugated Polymers

1 Results The paper presented review of experimental results on the charge transport study in the polymer materials,possessed charge instability.The base of these materials is noncojugated polyaromatic compounds.Characteristic feature these materials is a wide of band gap up to 4.3 eV and the value of first ionization potential about 6 eV.Electronic energetic parameters like these are typical for insulator materials.However it was established that there are not only hopping mechanism of charge transpor...     

元素掺杂对二维Ga2O2电子性质的影响

基于密度泛函理论的VASP(Vienna ab-initio simulation package)软件包计算5种金属和非金属掺杂对二维Ga₂O₂晶体结构和电子性质的影响. 结果表明： 掺杂B,C,Mg,Si,P元素可使晶体结构发生改变, 并改变掺杂体系的电子性质; 与本征Ga₂O₂晶体相比, 这几种掺杂元素体系的带隙均减小, 这是由于掺杂原子与近邻原子间电荷重新分布所致.     

自旋轨道耦合对铁磁/半导体/绝缘体多层膜结构中隧穿性质的影响

利用传递矩阵方法,计算了自旋轨道耦合对铁磁/半导体/绝缘体多层膜结构中隧穿性质的影响.结果表明,当半导体和铁磁体之间是绝缘接触时,体系的输运性质发生明显改变,同时出现了自旋反转效应.     

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.