利用分子的電學性質制備多功能、高性能的分子電子器件,已經成為分子電子學的研究熱點之一�；诜肿犹厥獾碾妼W性質,已經構建出功能各異的分子開關、分子存儲器、分子整流器、自旋閥及分子導線等分子電子器件。有機共軛小分子及其低聚物具有容易合成、來源廣泛、方便使用化學結構進行修飾、結構可調等優(yōu)點,常常被用來構造分子器件�；诿芏确汉碚摻Y合非平衡格林函數(shù)第一性原理計算方法,本文研究了石墨烯納米帶非磁性電極、磁化電極情況下的同分異構喹啉分子結和苯醌分子結的電子輸運性質,發(fā)現(xiàn)了雙自旋二極管效應、自旋濾波效應、負微分電阻效應、開關效應和分子整流效應等獨特的電子輸運性質。主要研究內容如下:第一章介紹了電子器件的定義,并簡單分析了電子器件由硅基半導體材料向微觀分子方向發(fā)展的原因;然后簡單介紹了分子電子器件的研究進展及負微分電阻現(xiàn)象、自旋過濾現(xiàn)象、分子整流現(xiàn)象和分子開關效應,最后介紹了分子電子器件材料及本文的研究內容及其科學意義。第二章介紹了分子電子器件輸運理論計算方法,通過密度泛函理論、非平衡格林函數(shù)的方法,以及由密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)相結合的方法推導出雙探針分子電子器件輸運性質計算的透射系數(shù)、電流和... 

【文章來源】：吉首大學湖南省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

負微分電阻現(xiàn)象，引自文獻[13]

第1章緒論第3頁利用密度泛函計算理論方法成功地解釋了OPE分子非線性電流特性的原因，而在2001至2002年期間，F(xiàn)an等人致力于硝氨基的OPE分子的實驗，并且從實驗上論證了含硝氨基的OPE分子的確能夠實現(xiàn)負微分電阻效應[15,16]。2003年，西北大學的Guisinger等人[17]采用掃描隧道顯微鏡方法測量了硅表面單個有機分子的電荷輸運性質，實驗觀察到了明顯的負微分電阻現(xiàn)象，如圖1.2所示。如今，負微分電阻現(xiàn)象在生活中已經有了廣泛的應用，如快速電子開關、放大電路等。圖1.2有機單分子Styrene束縛在n型硅表面出現(xiàn)的NDR效應。（a）模型圖；（b-c）STM技術結果展示圖；（d-e）I-V曲線圖展示明顯的NDR效應，引自文獻[17]�？茖W家們對于產生負微分電阻現(xiàn)象的原因分析主要有以下幾個方面：分子及電極間的相互作用[18,19]，整個器件內部原子間的電荷的轉移[20,21]分子上面連接的側基團的影響[22,23]，分子在偏壓下導致的分子結構的變化從而引起的分子能態(tài)變化[24]，分子在傳輸當中的電子傳輸通道的影響[25]等。1.3.2自旋過濾現(xiàn)象就一個分子電子器件來說，電子僅存在自旋向上與自旋向下方向。當一個自旋方向上的電子呈現(xiàn)出導體的性質，即這個自旋方向上電流能夠通過；而另一個自旋方向上的電子則呈現(xiàn)出絕緣體的性質，即這個自旋方向上電流不能夠通過，這種輸運現(xiàn)象稱之為自旋過濾現(xiàn)象。

第1章緒論第4頁圖1.3苯分子器件模型示意圖和I-V曲線，引自文獻[26]。自旋過濾概念最早是由美國物理學教授Moodera提出的[27]，Moodera等人在1988年的Au/EuS/Al隧道結中的隧道電流中觀察到多達80％的電子自旋極化。隨后，從理論上研究自旋過濾現(xiàn)象開始興起、發(fā)展。比如，人們通過第一性原理的方法研究了以金作為電極、用硫原子連接的小分子做中心區(qū)的分子器件[28,29]。SabyasachiSen和SwapanChakrabarti[26]用金作為電極，中間通過鈷原子Co來連接單苯分子，發(fā)現(xiàn)在低偏壓下，器件的自旋極化率可以達到99%。圖1.4單碳鏈分子器件及其自旋過濾效應，引自文獻[30]。除了用金屬作為電極以外，人們還利用石墨烯、二硫化鉬等二維層狀材料作為電極。Zeng等人用兩個鋸齒型石墨烯納米帶作為電極，單原子碳鏈作為中心區(qū)，（如圖1.4所示）構建了具有自旋過濾功能的分子器件[30]，他們通過改變連接在電極之間的中心區(qū)單原子碳鏈中的碳原子奇偶數(shù)目，來進行全碳分子器件的自旋輸運行為的研究。研究發(fā)現(xiàn)，當器件的鋸齒型石墨烯納米帶電極處于平行狀態(tài)時，器件呈現(xiàn)出100%的自旋過濾效應，并且這種自旋過濾效應與中心區(qū)碳鏈中碳原子數(shù)目沒有關系。Fan等人[31,32]研究了鋸齒型石墨烯納米帶電極中間加分子和分子氧


本文編號：3062632