光驅(qū)動(dòng)分子開關(guān)電輸運(yùn)性質(zhì)第一性原理研究.pdf

1、分子電子學(xué)由于其在納米功能材料領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值一直備受科研人員關(guān)注，主要研究內(nèi)容為利用單分子及分子團(tuán)簇，如單壁或多壁的碳納米管、有機(jī)小分子以及高分子等來構(gòu)造各種功能性的電子器件，并且研究這些分子電子器件的電特性或光特性。近年來，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論方法的進(jìn)步和發(fā)展，使得人們?cè)O(shè)計(jì)，測(cè)量并計(jì)算具有不同功能的分子電子的器件成為可能。這些基于單分子的電子器件具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，包括負(fù)微分電阻效應(yīng)，分子整流現(xiàn)象，開關(guān)效應(yīng)，存儲(chǔ)器和二極管等等。其中

2、，由于分子開關(guān)具有存儲(chǔ)信息和傳遞信息的特質(zhì)，對(duì)于分子開關(guān)的研究成為了前沿課題。根據(jù)觸發(fā)因素的不同，分子開關(guān)可以分為兩類:電開關(guān)和光開關(guān)。前者在電場(chǎng)或者電流脈沖等外部觸發(fā)因素下實(shí)現(xiàn)開態(tài)和關(guān)態(tài)的轉(zhuǎn)化，而后者則是在光的觸發(fā)下實(shí)現(xiàn)電流開/關(guān)狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)化。由于光的反應(yīng)時(shí)間短而且容易獲得，光是非常理想的外部觸發(fā)因素，因此光開關(guān)引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。
　　本文，我們利用密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的辦法，系統(tǒng)地研究了旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)和二

3、芳基乙烯分子的電子輸運(yùn)性質(zhì)，探討其作為分子光開關(guān)的可能性。研究內(nèi)容和主要結(jié)論有:
　　1.光驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)光分子開關(guān)
　　Feringa第二代光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)在360°旋轉(zhuǎn)過程中，兩種異構(gòu)體分別為anti-folded和syn-folded，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，通過順勢(shì)異構(gòu)體的電流總是大于通過反式異構(gòu)體的電流，這意味著在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，分子的導(dǎo)電性改變了四次。這種光引起的周期性電導(dǎo)改變特質(zhì)使得分子馬達(dá)具有光分子開關(guān)潛質(zhì)。
　　兩

4、種異構(gòu)體的不同的輸運(yùn)特性主要是由于分子的有效共軛長度。順勢(shì)異構(gòu)體費(fèi)米能級(jí)附近的透射峰來源于HOMO軌道，順勢(shì)異構(gòu)體的HOMO軌道相對(duì)于反式異構(gòu)體來說更加離域。而且反式異構(gòu)體的透射峰距離費(fèi)米能級(jí)較遠(yuǎn)，因此相對(duì)于順勢(shì)異構(gòu)體，反式異構(gòu)體的導(dǎo)電性較差。
　　2.二芳基乙烯光分子開關(guān)
　　實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了二芳基乙烯分子吸收可見光可以實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)變。通過我們的計(jì)算模擬發(fā)現(xiàn)，通過閉環(huán)化合物的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過開環(huán)化合物的電流。電流比高達(dá)2700，