有机分子器件的电荷与自旋输运理论研究

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随着微电子技术的快速发展,半导体电子器件的尺寸逐步缩小,集成度的提高带来量子效应显著等问题,分子器件已经成为电子器件未来发展的一种解决方案。有机分子的独特性质使其成为分子电子学的重要候选材料。同时,石墨烯的一维结构石墨烯纳米带的出现,使其成为分子电子学中电极的重要材料。目前很多实验和理论上的研究都是将石墨烯进行剪裁和掺杂,将它改变成特殊的几何结构,从而研究它的电子传输特性。本文先通过研究金属电极连接有机苯分子电子器件过渡到剪裁石墨烯纳米带构成不同的几何形状的纳米器件,利用第一性原理模拟计算两种分子器件的电子结构以及电子输运性质。  金属电极连接有机苯分子的电子器件我们选择金、铂等导电特性较好的金属作为电极,分析不同电极材料对电子结构和电子输运性质的影响。研究发现,不同电极材料以及不同有机分子器件的连接结构的改变对分子器件有不同的影响。金电极连接有机苯分子时费米面处对应的状态数唯一,从而电子输运的通道唯一,所以有机分子连接方式的不同对分子电子器件的透射率影响较大。金属铂连接有机苯分子时费米面处对应的状态数有四个,也就是说电子输运的通道有四个,那么有机分子的连接方式不同时,对分子电子器件的电子输运影响不大。  对扶手型和锯齿型石墨烯纳米带作为电极连接碳链的分子电子器件,主要研究两种器件在改变分子结构时对电子结构和电子输运性质的影响。扶手型石墨烯纳米带构成的电子器件明显表现出的是半导体特性,不管分子电子器件结构如何,扶手型石墨纳米带的能带结构都存在带隙。但是,锯齿型石墨烯纳米带构成的电子器件却很有特点,当锯齿型石墨烯纳米带电子器件是铁磁态时它表现出了金属特性,而当它是反铁磁态时又表现出半导体的性质。在锯齿型石墨烯纳米带做电极时研究了一维碳链的输运性质,发现出现了自旋极化输运的现象。
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