基于富勒烯的分子电子器件电学特性的第一性原理计算研究

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本文利用基于密度泛函理论的格林函数方法,对由富勒烯分子和金属电极构成的分子电子器件的电学特性进行了第一性原理计算研究。 对于由C60分子和铝电极构成的Al-C60-Al分子结,共振传输是其电子输运的主要特征。考虑C60分子在电极表面的结构弛豫,Al-C60-Al分子结在费米能级Ef处的电导计算值为1.14G0(1G0=2e2/h)。对前沿分子轨道上的投影态密度(PDOS)进行分析发现:输运主要是通过C60分子的最低空分子轨道(LUMO)和次低空分子轨道(LUMO+1)进行的。 分子-电极界面处的原子结构对分子结的电子输运特性有重要影响。对不同分子-电极间距下Al-C60-Al分子结的电子输运特性进行比较分析发现:当分子-电极间距增大时,分子的能级移动和展宽程度变小,Ef处的电导减小;当分子-电极间距在特定范围时,Ef处有较大的电导;分子-电极间距变化对能量比较靠近Ef的分子轨道的影响比较显著。 本文还计算和比较了C60分别与Ag、Cu、Au三种不同电极组成分子结的电子输运特性。Cu-C60-Cu分子结在Ef处的电导计算值小于Ag-C60-Ag分子结和Au-C60-Au分子结;电极对能量比较靠近Ef的分子轨道有比较强的作用,反之作用则比较小。 采用小团簇模型对C82分子在电极表面两种可能的吸附方式下组成Al-C82-Al分子结的电子输运特性进行了计算,发现“站立”吸附方式下Ef处的电导计算值大于“平躺”吸附方式下Ef处的电导计算值,原因是分子轨道的电子云与电极表面电子态的作用强度在不同吸附方式下有较大差异,导致分子轨道能级平移和展宽产生差异。
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