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。
     

“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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

贵金属合金单原子链结构稳定性的第一性原理研究

利用第一性原理计算方法,系统地研究了平面锯齿型贵金属Au-Ag、Au-Cu和Ag-Cu合金单原子链的结构稳定性.采用弦张力标准而非传统的能量标准确定合金单原子链的稳定性,有限长悬空Au-Ag和Au-Cu合金单原子链的弦张力在轴向原子间距分别为0.24nm和0.23nm时出现极小值,所对应的锯齿型结构稳定性较高,而悬空Ag-Cu合金单原子链的弦张力不存在极小值,因此在实验上是不易制备的.计算结果表明Au元素的相对论性效应和两尖端电极间弦张力的共同作用可以有效抑制纳米材料的"自净效应",从而导致稳定Au-Ag和Au-Cu合金单原子链的形成.     

金属与聚乙炔环三端连接的电子输运性质

基于Landauer-Buttiker理论,用求解散射波函数的方法,研究了金属与环状聚乙炔链三端连接的电子输运性质.结果表明,在给定入射端的条件下,电导在正负能量上是对称的,当3个端口满足旋转对称性时,2个出射端的电导相同.电导随着导线与聚乙炔链间耦合强度的不同而呈现不同的性质,弱耦合时电导突变明显;耦合增强后,电导趋于稳定.各端的电导跟电子在该端口碳原子上的局域密度有关,随着导线与碳链间耦合强度的增大,局域密度随能量的振荡会减弱.     

混合碳链的电子输运特性的第一性原理研究

用第一性原理非平衡格林函数方法研究了混合碳链置于两个Al(100)电极之间的输运性质.计算了IV族原子硅取代一维纯碳链中不同位置碳原子,以及硅取代不同长度的碳链时的输运性质,同时比较了其他非IV族原子N、P、S分别取代C7碳链中不同碳原子的输运性质.研究结果表明,对于混合碳链同样存在平衡电导的奇偶振荡,并且随着取代的位置不同,也会有奇偶振荡现象.硅原子取代碳原子后对体系的透射谱、不同门电压下的平衡电导及电流-电压(I-V)曲线性质的影响,文中也进行了分析比较.     

与二维电子气耦合的双量子点中的自旋极化输运

研究磁场作用下与左右两个二维电子气耦合的双量子点系统中的自旋极化输运过程.结果发现当两个量子点靠近时,电导中会出现Dicke效应导致的不对称尖峰.随着量子点间的距离增大,Dicke尖峰变宽并向低能级方向移动.当磁场只施加在二维电子气中时,量子点中的电导是自旋无极化的;但是当量子点的能级发生塞曼分裂时,电导中自旋朝上和朝下电导的尖峰在能量空间向相反方向移动,但保持大小不变.计算结果还发现两个量子点能级的差会在电导的Dicke尖峰附近产生额外的谷,并降低尖峰的高度.所研究的结构有望用于自旋过滤或分离装置.     

晶体弹性行为的晶体相场模拟

【目的】研究晶体相场模型中的弹性相互作用过程。【方法】通过连续的密度场,采用晶体相场模型提取和跟踪每个原子在时间演化过程中的位置,再通过求解PFC方程,并运用原子的位移来构建晶体的弹性能。最后通过调优波动参量和阻尼参数β,获得晶体的弹性及粘弹性行为特征。【结果】当β=0.9时,在力F的作用下,晶体响应是有弹性的。位置距离越远,其对应的应变越大,位移变化与原子对应位置大致成正比,具有弹性关系;当β=9时,在力F的作用下,位移变化与原子对应位置服从粘弹性响应关系。通过调优波动参量和阻尼参数,获得晶体的弹性及粘弹性行为特征。【结论】改变阻尼参数β后,可以采用晶体相场模型模拟晶体的弹性及粘弹性行为。