基于石墨烯纳米带器件电输运特性研究

发布时间：2022-08-07 17:16

　　随着现代科学技术的迅猛发展,人们对集成电路和电子器件的需求趋向于更小、更冷、更快的趋势,因此传统硅基器件的发展陷入瓶颈阶段,分子电子学逐渐兴起引起研究者们浓厚的兴趣。近年来,分子组装结构技术、分子材料制备技术、分子设计技术等高新技术的出现使得在分子尺度上操控原子成为可能。科学家们通过将单分子与金属电极相连制备出了具有多样特性的功能性分子器件,这些特性包括:分子整流效应、负微分电阻效应（Negative Differential Resistance,NDR）和分子开关等等。然而,由于中心分子与金属电极之间存在弱电耦合问题导致其整流率微乎其微,石墨烯则很好的解决了这一问题。因此,本文采用密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）与非平衡格林函数（non-equilibrium Green’s function,NEGF）相结合的第一性原理计算方法,研究了两种典型的中心分子在以石墨烯纳米带（Graphene Nanoribbons,GNRs）和类石墨烯C₂N-h2D纳米带作为电极材料时的电荷输运性质,并发现了一系列有趣的结果。具体研究内... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 分子器件发展历程
        1.1.1 分子器件产生背景及发展
        1.1.2 分子器件的研究现状
    1.2 二维材料
        1.2.1 石墨烯纤维
        1.2.2 石墨烯的结构与性质
        1.2.3 石墨烯的制备
        1.2.4 石墨烯的应用
        1.2.5 类石墨烯C_2N-h_2D纳米带
    1.3 本文研究内容
2 理论计算方法
    2.1 第一性原理计算简介
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 局域密度近似
    2.3 格林函数方法
        2.3.1 平衡格林函数方法
        2.3.2 非平衡格林函数方法
    2.4 电子输运的第一性原理计算
        2.4.1 Landauer-Büttiker公式
        2.4.2 分子导体中的电流公式
3 基于掺杂石墨烯纳米带电极的二吡啶-苯环二嵌段分子体系电输运特性研究
    3.1 分子结几何结构及计算方法
    3.2 掺杂对二吡啶-苯环二嵌段分子体系电输运特性的影响
    3.3 本章小结
4 基于类石墨烯C_2N-h_2D电极的二吡啶-苯环二嵌段分子体系电输运特性研究
    4.1 分子结的几何结构及计算方法
    4.2 电极对二吡啶-苯环二嵌段分子体系伏安特性的影响
    4.3 C_2N-h_2D二嵌段分子体系整流特性研究
    4.4 C_2N-h_2D二嵌段分子体系NDR特性研究
    4.5 本章小结
5 基于石墨烯纳米带电极的丁二烯亚胺分子开关性质的研究
    5.1 分子结几何结构及计算方法
    5.2 电极边缘形状对丁二烯亚胺分子结伏安特性的影响
    5.3 带宽对基于石墨烯纳米带电极的丁二烯亚胺分子结开关特性影响
    5.4 本章小结
6 总结和展望
参考文献
作者攻读学位期间发表学术论文清单
致谢



本文编号：3670723