外界作用對(duì)有機(jī)分子器件電輸運(yùn)性質(zhì)的影響.pdf

1、隨著單分子器件的不斷發(fā)展，分子電子學(xué)得到了快速地發(fā)展，在過(guò)去的十幾年中人們制備出了各種各樣的單分子結(jié)，并發(fā)現(xiàn)了單分子器件具有多種潛在的電學(xué)性能，例如：分子開(kāi)關(guān)、分子整流器，分子晶體管，分子傳感器，分子存儲(chǔ)器等等。而這些性能一些來(lái)源于分子結(jié)的非線(xiàn)性電子傳輸性質(zhì)，另一些則來(lái)源于電子傳輸特性對(duì)分子器件的外部影響的響應(yīng)。除此之外，負(fù)微分電導(dǎo)（NDC）效應(yīng)行為是單分子器件中的一個(gè)非常理想的功能特性，其在分子開(kāi)關(guān)，分子放大器，分子存儲(chǔ)器等方面具有很

2、好的潛在應(yīng)用價(jià)值，因此得到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。Perrin M. L.等人研究了低偏壓下以9,10-二氫蒽為核心的單硫醇化芳香基亞乙炔（簡(jiǎn)稱(chēng)TADHA）分子器件的電輸運(yùn)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了其低偏壓下的NDC行為。為了理解NDC效應(yīng)產(chǎn)生的原因以及其響應(yīng)機(jī)理，本文利用密度泛函理論（DFT）和非平衡格林函數(shù)（NEGF）方法研究了電極距離、H2O分子的吸附以及F2分子的吸附作用對(duì)NDC效應(yīng)行為和分子器件電輸運(yùn)性質(zhì)的影響。
　　TADHA分子是

3、一個(gè)由兩個(gè)共軛分支組成的、可以自由拉伸和壓縮的非剛性分子。為了理解TADHA分子的拉伸和壓縮變化對(duì)分子器件電輸運(yùn)性質(zhì)和NDC行為的影響機(jī)理，我們通過(guò)改變兩個(gè)電極之間的距離來(lái)拉伸或壓縮TADHA分子，系統(tǒng)地研究了TADHA分子結(jié)的電輸運(yùn)性質(zhì)以及NDC行為對(duì)電極距離變化的響應(yīng)。結(jié)果顯示，在對(duì)分子結(jié)進(jìn)行拉伸和壓縮的過(guò)程中，存在著一個(gè)能量最低的電極距離，即平衡距離。而且在電極的平衡距離下由于外界偏壓作用引起HOMO和 HOMO-1能級(jí)的劈裂，使

4、得分子結(jié)在較低偏壓下產(chǎn)生了明顯的NDC效應(yīng)。隨著電極距離的縮短，分子結(jié)的電流和NDC行為都隨之變大；相反由平衡距離處開(kāi)始拉伸兩電極時(shí)，分子結(jié)的NDC行為慢慢變小直至最后消失，而當(dāng)NDC效應(yīng)消失后，分子結(jié)呈現(xiàn)微弱的整流特性。
　　考慮到一般分子器件的組裝是在溶液環(huán)境中進(jìn)行的，若分子結(jié)組裝后干燥不徹底，仍然會(huì)存有少量H2O分子吸附在分子結(jié)附近，為此，我們研究了單個(gè)或多個(gè)水分子吸附在TADHA功能分子上，對(duì)低偏壓下的電輸運(yùn)性質(zhì)和NDC效

5、應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果顯示H2O分子的吸附作用對(duì)分子器件的電子傳輸特性和負(fù)微分電導(dǎo)效應(yīng)存在不同程度的影響，具體表現(xiàn)在：?jiǎn)蝹€(gè)或兩個(gè)H2O分子吸附對(duì)分子器件的NDC行為的影響較小，隨著吸附H2O分子的數(shù)目的增加，H2O分子發(fā)生聚集作用，從而導(dǎo)致對(duì)電輸運(yùn)的影響越來(lái)越明顯。H2O分子的吸附位置不同，其對(duì)分子器件的電輸運(yùn)性質(zhì)的影響也不同，吸附位置越靠近分子結(jié)的中間部分，對(duì)NDC效應(yīng)影響越明顯。當(dāng)H2O分子吸附在靠近電極兩側(cè)的S原子上時(shí)，低偏壓下的導(dǎo)電

6、能力急劇減弱，NDC效應(yīng)被破壞。除此之外，H2O分子的吸附還導(dǎo)致了分子結(jié)對(duì)稱(chēng)性的破壞，并導(dǎo)致分子結(jié)出現(xiàn)整流特性。
　　利用強(qiáng)氧化性分子吸附也是調(diào)制分子器件輸運(yùn)特性的重要手段，為此，我們進(jìn)一步研究了F2分子的吸附效應(yīng)對(duì)TADHA功能分子的NDC效應(yīng)的影響。理論結(jié)果顯示，F(xiàn)2分子的吸附抑制了NDC效應(yīng)的產(chǎn)生，并且導(dǎo)致低偏壓下的電流、電導(dǎo)都變??；而且F2分子的吸附使得分子結(jié)不對(duì)稱(chēng)性增加，出現(xiàn)了較大的整流比，整流效果明顯。當(dāng)F2分子與TA

7、DHA分子三鍵上的C原子發(fā)生反應(yīng)時(shí)，導(dǎo)電能力和NDC行為都顯著增強(qiáng)，但是分子結(jié)并未因?yàn)镕2分子與C原子的反應(yīng)而產(chǎn)生整流現(xiàn)象。
　　本論文一共有六個(gè)章節(jié)的內(nèi)容：第一章是綜述，對(duì)分子電子學(xué)領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹；第二章是本論文中的理論部分，主要介紹了DFT理論和NEGF方法；第三章討論了電極距離的改變對(duì)TADHA分子結(jié)的NDC效應(yīng)的影響；第四章討論了H2O分子的吸附效應(yīng)對(duì)TADHA分子結(jié)的電輸運(yùn)特性的影響，探究了