三角形石墨烯和芳香性分子的电导与整流性能研究

发布时间：2017-08-13 10:00

  本文关键词：三角形石墨烯和芳香性分子的电导与整流性能研究

  更多相关文章： 非平衡格林函数方法 密度泛函理论 分子整流器件 石墨烯纳米带

【摘要】：伴随分子电子学的迅猛发展和电子器件的小型化趋势,用单分子或分子团簇取代硅基半导体材料构建逻辑电路成为前沿研究领域。其中,分子整流器作为逻辑电路中最重要的元器件之一,受到科研工作者的广泛关注,且近年来在理论和实验方面均取得了较大的进展。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,设计了一系列高性能的分子器件,并研究了非对称电极、非对称耦合基团、非对称分子-电极接触构型等对分子器件电导及整流性质的调控作用。1.三角形石墨烯纳米片段电导及整流性能的研究经碳原子链将剪裁的三角形锯齿型石墨烯纳米片段(边缘悬空键由氢原子饱和,简称ZTGNF)连接到左右无限大非对称的锯齿形石墨烯纳米带(zGNR)和扶手椅型石墨烯纳米带(aGNR)电极上,构建了纯碳基材料的分子二极管,探究了aGNR电极的带宽以及分子与电极间耦合碳链的条数对分子结电导及整流性能的影响。研究结果表明,带宽和碳链条数对分子器件整流性能有不同程度的影响。特别是,当将ZTGNF用两条碳原子链耦合到右侧aGNR电极上时,获得了104数量级的整流比。这与采用具有块体结构的金属电极比较,该分子器件的整流性能有了很大地改善。2.单分子芳香性对其分子结导电性能的影响通过调控分子-电极接触构型的方式构建了金电极上的关于环戊二烯衍生物、呋喃、噻吩三个分子的分子结,并利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法计算了不同分子结的电导。在这里着重研究了不同分子-电极接触构型下分子结电导与分子芳香性间的关系。研究表明,在考虑到的两种接触构型下,三种分子结的电导与其芳香性均呈反比例关系,这与Chen等人的实验结果相符合,并给出了产生这种现象的原因,即分子芳香性的不同导致扩展分子前线轨道和电极的费米能级随偏压的非对称演化。本论文共分为以下五章内容：第一章为前言,简要介绍了分子电子学的发展、分子整流器类型及基于石墨烯的碳基分子二极管的研究进展。第二章为理论计算方法,介绍了第一性原理计算方法、多体系统电子结构计算的密度泛函理论方法及用于计算分子器件电输运性质的非平衡格林函数方法。同时介绍了结合后面两种理论求解分子器件电输运性质的自洽迭代过程。第三章及第四章着重介绍了基于上述理论方法所做的工作：第三章中探究了三角形石墨烯纳米片段电导及整流性能,着重研究了电极带宽及耦合基团数目的影响。第四章探究了不同分子-电极接触构型下分子结电导与分子芳香性间的关系。第五章是对本论文工作的简单总结与展望。
【关键词】：非平衡格林函数方法 密度泛函理论 分子整流器件 石墨烯纳米带
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O561
【目录】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 前言10-18
• 1.1 分子电子学简介10-11
• 1.2 分子整流器件的研究进展11-16
• 1.2.1 分子整流器件的类型11-14
• 1.2.2 基于石墨烯的分子整流器的研究进展14-16
• 1.3 本文拟研究的理论模型16-18
• 第二章 单分子器件电输运的理论计算方法18-30
• 2.1 第一性原理计算18-19
• 2.2 密度泛函理论19-23
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理20-21
• 2.2.2 Kohn-Sham方程21-23
• 2.3 量子输运计算中的非平衡格林函数方法23-27
• 2.3.1 量子输运23-24
• 2.3.2 基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法24-27
• 2.4 基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法的自洽迭代过程27-30
• 第三章 三角形石墨烯纳米片段电导及整流性能的研究30-42
• 3.1 引言30-31
• 3.2 论模型与计算方法31-33
• 3.3 计算结果与讨论33-40
• 3.3.1 右侧aGNR电极带宽对器件整流性能的调控及影响33-37
• 3.3.2 末端耦合碳链条数对分子器件整流性能的影响37-40
• 3.4 小结40-42
• 第四章 单分子芳香性对其分子结导电性能的影响42-50
• 4.1 引言42-43
• 4.2 理论模型与计算方法43-44
• 4.3 计算结果与讨论44-49
• 4.3.1 金字塔接触构型下分子结电导与芳香性间的关系44-47
• 4.3.2 单金原子接触构型下分子结电导与芳香性间的关系47-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 总结与展望50-52
• 5.1 本文工作的主要内容50
• 5.2 本文工作的主要结论50-51
• 5.3 本文工作的创新之处51
• 5.4 工作展望51-52
• 参考文献52-58
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文58-60
• 致谢60-61

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈海峰;大型整流设备过负荷跳闸原因及防范措施[J];青海科技;2004年02期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 许敬涛;梁永万;陈红波;蔡晓燕;;电化学整流设备数学模型及控制分析[A];中国自动化学会中南六省（区）2010年第28届年会·论文集[C];2010年

2 赵炳文;尚现亮;;煤矿井下变流室整流设备优化选型设计[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2011）[C];2011年

3 游丙军;李涛;杜铁凝;;高压静电除尘用整流设备的偏励磁故障检测[A];第十一届全国电除尘学术会议论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 记者 陈云芬;云铝成功研发国产高效特大型供电整流设备[N];云南日报;2007年

2 卿红军;铝电解供电监测技术在青海分公司研发实施[N];中国有色金属报;2006年

3 记者 刘燕文;湖北迅迪两项节能技术通过鉴定[N];中国有色金属报;2007年

4 本报记者 龙群;科技创新 经济社会发展的强力支撑[N];九江日报;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 纪晓丽;三角形石墨烯和芳香性分子的电导与整流性能研究[D];山东师范大学;2016年

2 秦攀;整流设备及其通用数字控制装置的研究开发[D];湖南大学;2013年

，

本文编号：666670