不同电场强度下Au取代二元胺DAPDI结构和性质的理论研究

摘要

硅基集成电路在已过去的20世纪给世界带来了巨大的变化,同时电子设备微型化的趋势使得传统的电子设备越来越受到量子效应和其它因素的影响。随着电子设备的大小和及其设备制造工序越来越精细,基于此分子设备吸引了广泛的关注。由于分子导线具有小的尺寸、样式较多、性能可调控等优点,因此,具有许多潜在的应用前景。世界许多国家高度重视对这类产品的开发和应用。尽管研究分子导线已经取得了一些显著的进步,但来实现稳定可靠的分子计算机仍有很长的路要走,因为目前对它的研究仍然停留在分子导线的原理研究,还需要大量的实验研究和实践对其有关的可靠性、再现性和成本等进行研究。尤其是对以分子导线进行连接的内部设备、以电子传导机制的分子电子设备等基本原理的问题仍缺乏深入了解。基于此,本文以二元胺(DAPDI)作为分子导线来进行研究,希望揭示当前研究分子导线的一些性质,还试图使用密度泛函理论研究用量子化学计算的方法,来解释说明分子的行为的变化,在外部电场的作用的影响下同时描述分子和其它一些特征的几何配置的电子结构的变化,预计将对将来分子导线方面的相关的研究和设计提供理论上的支持和技术参考。
　　在第一部分,对目前分子电子学和分子导线的研究做了简要介绍。因为分子导线的材料主要为共轭聚合物,也可以说,分子导线的导体的物质基础是聚合物分子。分子导线,它指的是有关的π电子结构电活性聚合物(线性聚烯烃和芳香杂环芳环,等等),它的属性是与电子离域相关。因此,也被称为“离域电子聚合物”(deloca1ized electron polymers)或共轭聚合物。
　　在第二部分中,在量子化学分析中,计算机技术的快速更新和理论的不断改进,就很容易计算小分子体系的各种属性。作者将描述本文所用的理论计算方法相关的密度泛函理论,包括其基本原理和常用的方法以及一些常用的基于密度泛函理论的软件包。除此之外,其他一些理论手段和方法将在以下方面在文本分析中做简要介绍。
　　在第三部分中,本论文采用密度泛函理论(DFT)研究了一种分子导线:Au取代二元胺 N, N'-bis(4-amino-2,3,5,6-tetramethylphenyl) phtalene-1,2,4,5-dicarboximide(DAPDI),并用量子化学的计算方法对它在不同电场强度下的结构和性质进行了简要的分析。结果表明,该分子导线无论几何结构还是电子结构都对外电场很敏感。总电偶极矩及其X方向分量会跟随外电场持续线性的增加,因此强外场可将该分子高度极化。

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1绪论

1.1分子电子学的研究概况

1.2分子导线的研究概况

1.3本文的主要研究内容

2 理论基础

2.1三个基本近似及薛定谔方程

2.1.1三个基本近似

2.1.2薛定谔方程

2.2 Mulliken电荷的理论基础

2.3 密度泛函理论

2.3.1 LDA泛函

2.3.2 GGA泛函

2.3.3 meta-GGA泛函

2.3.4 hybrid泛函

2.4外场的影响

3不同电场强度下Au取代二元胺DAPDI结构和性质的理论研究

3.1引 言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1几何结构

3.3.2电荷分布

3.3.3电偶极矩

3.3.4分子轨道分析

3.3.5静电势

4结 论

致谢

参考文献

附录