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在本论文的研究工作中,利用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,我们计算了以单层石墨片为电极、直线型碳原子链为中间分子的纳电子器件的电子输运特性。
在单条碳链情况下,当中间分子的碳原子数分别为偶数和奇数时,纳电子器件的输运特性各自呈现出一定的规律。二者相同的方面有:1)费米能级处的透射几率都为零,这归因于单层石墨片电极自身的“半金属”特性和电极与中间分子间的弱耦合两方面原因;2)在费米能级附近尤其是能量低于-2eV,输运特性都表现为很明显的共振现象,透射波峰和波谷交替出现,形成准周期的分布。二者的不同之处为:1)在费米能级附近,二者的电导隙宽度不同,奇数情况大约是偶数情况的2倍,这是由于奇数情况下费米能级处由共振产生的峰被电极所屏蔽;2)二者的准周期能量值也呈现出不同的规律性。为了便于对比,我们拟合出这两种情况下费米能级附近的准周期能量公式。通过分析中间碳原子链的能带,我们发现由于两种情况下的中间分子在位能不同从而导致了所对应的波矢不同,最终导致共振现象中出现了偶数和奇数两种情况的准周期能量值。
在两条碳链情况下,我们讨论了以6个单元单层石墨片为电极的三种不同结构的电子输运特性。由于两条碳链之间的间距不同,这三种结构表现出不同的输运特性。距离最近时,由于两条碳链之间的耦合较强,导致能带分裂,表现在透射曲线图上就是透射峰发生分裂;当两条链距离变远时,虽然相互间的直接耦合变弱,对整个器件的输运影响变小,但是这种影响仍然存在,因此在费米能级上下2eV范围内传输特性并没有表现出类似两条链并列放置的情形;而在此范围之外,整个器件的输运结果类似于单条链结果的2倍。通过对以12个单元单层石墨片为电极的器件特性分析,我们得出了两条碳链间没有任何相互作用且不会通过其它渠道影响到器件输运的间距为大于9.976A。在这种条件下,两条碳链仅仅是并联关系,得到的器件在整个能量范围内的输运特性也仅仅是单条碳链作为中间分子器件的2倍。