本文關鍵詞：鐵基單分子磁體輸運性質的理論研究　出處：《中國科學技術大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：分子電子學作為納米科學和納米技術的一個子學科,這門前沿交叉性學科正引起人們極大的關注和廣泛的研究興趣,如何基于分子自身性質設計出具有特定功能的分子電子學器件是該領域的核心研究課題之一。本碩士學位論文中,我們采用第一性原理計算并結合非平衡態(tài)格林函數(shù)的方法側重研究了鐵基單分子磁體的電子結構、自旋翻轉及輸運特性。論文由以下四章構成。第一章,簡要回顧分子電子學的發(fā)展概況之后,對分子電子學領域中常采用的實驗技術,如掃描隧道顯微鏡技術,導電針尖原子力顯微鏡技術和力學可控劈裂結等,以及幾類典型功能的分子器件等進行了簡要介紹。第二章,首先介紹電子密度泛函理論的基本框架和概念,并在第二部分介紹了非平衡態(tài)格林函數(shù)方法,之后對本學位論文中用來計算體系電子結構和輸運性質的幾個計算軟件進行了簡介。第三章,我們側重研究了鐵基單分子磁體的電子結構和輸運特性。作為最有潛力的構建單元,由于其高自旋和低自旋雙穩(wěn)態(tài)可以相互轉換的特性,近年來,鐵基單分子磁體(尤其是6N配位化合物)的合成、表征和應用引起了人們廣泛的研究興趣。基于第一性原理計算和非平衡態(tài)格林函數(shù)方法,我們重點研究了 一種少見的鐵基單分子磁體(即Fe-N4S2)夾在Au(111)電極之間的輸運特性。理論計算結果表明,此類磁體分子結處于低自旋態(tài)時,其輸運能力不及高自旋態(tài)的分子結。對高自旋態(tài)分子結而言,根據(jù)自旋極化計算出來的隧穿譜和伏安曲線,我們觀測到顯著的自旋過濾效應,小偏壓條件下,通過體系的電流主要由自旋向下的電子決定。此外,我們還計算了兩種自旋態(tài)之間的翻轉能壘:從低自旋態(tài)向高自旋態(tài)翻轉能壘為1.73 eV,而反向翻轉的能壘約為O.71 eV,理論預測結果與實驗吻合。這些理論結果表明此類鐵基單分子磁體有潛力用來構建分子自旋電子學器件。第四章,我們嘗試揭示鐵基單分子磁體的場致開關機理。近期實驗研究發(fā)現(xiàn),在配體中成功引入電偶極矩功能團之后,外加電場能有效調控磁芯周圍的幾何構型,即有效調控晶體場的強度,從而觀測到雙向自旋翻轉現(xiàn)象。采用與上一章類似的理論研究方案,我們優(yōu)化出不同外電場下Fe-N6磁體的幾何構型,搭建出多個界面構型不同的分子結模型,并計算它們的隧穿譜和伏安曲線。遺憾的是,我們未能成功地解釋實驗觀測結果。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O641.4

【參考文獻】

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本文編號：1329743