石墨烯纳米电极分子结量子输运衰减因子研究

摘要

以前普遍认为，电子通过分子结的非共振的隧穿指数衰减主要取决于分子本身的性质及分子与电极之间的接触方式。本学位论文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，分别研究了AGNR，ZGNR以及手征性边缘石墨烯纳米条带作为电极间、不同长度低聚苯分子的输运特性。结果发现，通过ZGNR电极分子结的电流达到了μA，且在低偏压下I-V呈现一个凸面弧形，而在同样偏压范围内相应金电极分子结的I-V曲线却表现为明显的线性关系。有趣的是，当电极被相同宽度的AGNR替代并将分子与AGNR的第六条链相连时，电流下降到pA级;而连接到第四条链时，电流上升到nA级。最后，手征性电极分子结的电流随手征边缘的变化为不同的数量级，但与AGNR电极分子结的性质类似。尽管如此，在半指数坐标系中对于所有类型电极分子结的电阻随分子长度变化的关系都呈直线，但有不同的斜率。所以，虽然分子结输运遵从指数定律本身不依赖于电极，发现分子结输运指数衰减系数大小不仅取决于电极材料的性质，还敏感的依赖于电极与分子耦合的形态与方式。 全文共分为四章，第一章，主要介绍了石墨烯材料的发现及其发展历程。然后对石墨烯及其条带的主要物理性质以及相关的实验与理论方面的研究进展进行了一个详细的概述。在最后，对本学位论文的主要内容、研究背景和研究意义进行了一个详细的说明。 第二章，对分子电子学器件输运计算的方法和原理进行了一个详细的介绍，在本章未还对相关的几个比较主流的计算软件包做了一个简单的介绍。 第三章，运用基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法，系统研究了低聚苯分子在新型低维纳米材料石墨烯电极分子结中的电阻指数衰减规律。本章分别探究了低聚苯分子在关于ZGNR、AGNR、(1，2)GNR和(4,1)GNR电极分子结中的衰减因子大小及其变化。提出衰减因子β不仅与分子本身的固有性质和分子结的内部配置有关，β也涉及到电极材料的性质;分子器件的电荷传输特性被分子-电极之间的接触控制而不是分子本身控制这些结论。重点分析了衰减因子变化的物理机制。 第四章，首先对本文的研究方法、研究内容以及研究结论进行一个概括性的总结，然后提出了对后续工作的展望。

目录

摘要

第一章绪论

§1．1分子电子学及分子器件

§1．1．2分子电子器件及研究进展

§1．2石墨烯结构与电性质

§1．2．1石墨烯结构

§1．2．2石墨烯电性质

§1．3石墨烯纳米条带及电性质

§1．3．1锯齿型石墨烯纳米条带

§1．3．2扶手椅型石墨烯纳米条带

§1．3．3手性石墨烯纳米条带

§1．4本文研究背景与科学意义

第二章计算方法简介

§2．1分子电子器件输运性质计算研究

§2．2相关计算软件包简介

第三章石墨烯纳米条带电极多聚苯分子结输运指数衰减规律

§3．1引言

§3．2 锯齿形纳米条带电极多聚苯分子结输运衰减

§3．2．1模型设计与参数选取

§3．2．2 计算结果与分析讨论

§3．3扶手椅型纳米条带电极多聚苯分子结输运衰减

§3．3．1模型设计与参数选取

§3．3．2 计算结果与分析讨论

§3．4手征纳米条带电极多聚苯分子结输运衰减

§3．4．1模型设计与参数选取

§3．4．2计算结果与分析讨论

§3．5本章小结

第四章总结和展望

§4．1全文总结

§4．2后续工作展望

参考文献

致谢

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