石墨烯/炔电极分子结输运性质的第一性原理研究

发布时间：2021-01-24 14:57

　　随着科学技术的不断发展,微观组装技术与操控技术的出现让人们有在纳米尺度上操控单个分子的能力。所以,构建制造具有特定功能的分子电子器件成为现实。由于量子效应、热效应及尺寸的限制,传统制作工艺的硅基电子器件无法继续小型化,所以分子电子器件有可能取代传统器件。另一方面,石墨烯、石墨炔等二维材料的成功制备,吸引了越来越多的人关注。石墨烯/炔的Dirac电子迁移率高、电子结构容易调控、平面结构与有机分子界面构型稳定,最有可能取代传统普通金属电极,克服其与分子耦合不确定而使实验结果难重复的因难,而成为为理想的分子电子器件电极材料。本学位论文工作中,我们构建了几种典型的石墨烯纳米电极有机分子结体系,采用基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理计算方法,较系统地研究了体系的自旋相关电子输运性质及其带来的开关与整流、负微分电阻、自旋过滤与磁阻等诸多效应与调控问题。分别考虑了分子侧基团吸附、分子吸附氧原子以及改变连接方式,对分子结体系输运性质的影响,得到了一些有趣的、与目前少量存在的实验相符合的结果。同时,通过对体系的透射谱,局域态密度,电子传输路径,分子投影自洽哈密顿本征态以及前沿轨道分布的计算与... 

【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校

【文章页数】：113 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 分子电子学及分子器件
        1.1.1 分子电子学简介
        1.1.2 分子电子器件及研究进展
        1.1.3 分子电子器件的特性
    1.2 层状碳二维材料
        1.2.1 石墨烯及其纳米结构
        1.2.2 石墨炔及其纳米结构
    1.3 本文的研究内容与科学意义
        1.3.1 研究的主要内容
        1.3.2 研究目的与意义
第二章 理论与计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Thomas-Fermi模型
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
        2.1.4 几种交换关联泛函
        2.1.5 电子结构自洽计算过程
    2.2 非平衡格林函数
    2.3 两端体系输运性质的计算方法
        2.3.1 Landauer-Buttiker公式
        2.3.2 电流表达式
        2.3.3 分子器件电流计算
    2.4 计算软件包简介
第三章 石墨烯纳米电极分子器件输运性质及调控
    3.1 引言
    3.2 低聚噻吩分子吸附氨基
        3.2.1 模型与参数选取
        3.2.2 结果与讨论
    3.3 多环芳香烃分子吸附氧原子
        3.3.1 模型与参数选取
        3.3.2 结果与讨论
    3.4 多环芳香烃分子连接方式
        3.4.1 模型与参数选取
        3.4.2 结果与讨论
    3.5 本章小结
第四章 边缘异构δ-石墨炔条带的输运性质
    4.1 引言
    4.2 模型与计算细节
    4.3 结果与分析讨论
        4.3.1 锯齿型δ石墨炔纳米带的电子结构
        4.3.2 基于边缘异构δ-石墨炔条带器件的输运性质
    4.4 本章小结
第五章 石墨烯/石墨炔异质结的输运性质
    5.1 引言
    5.2 模型与计算细节
    5.3 结果与分析讨论
        5.3.1 石墨炔纳米带的能带与磁结构
        5.3.2 不同石墨炔与石墨烯异质结输运性质
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 本论文的主要创新点
    6.3 后续工作展望
参考文献
致谢
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本文编号：2997444