水分子对碳链的输运性质影响的第一性原理研究!

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1、第0&卷第#期#%%’年#月物理学报NO+)0&，MO)#，P>QB;5B7，#%%’!%%%.$#/%J#%%’J0（&%#）J!%/$.%&*E1*K,LCDE*CDMDE*!#%%’ER68)KR7S)CO@)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""水分子对碳链的输运性质影响的第一性原理研究!!）!）"#）周艳红许英郑小宏!）（江西师范大学物理与通信电子学院，南昌$$%%##）#）（中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室，合肥#$%%$!）（#%%&年#月##日收到；#%%&年’月!

2、(日收到修改稿）用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了水分子对’个碳原子组成的一维原子链的输运性质的影响)碳原子链放在具有有限截面的*（+!%%）电极中)研究发现，碳原子链上的水分子的数目和放置的位置的不同将对体系输运性质产生很大的影响)特别是，单个,#-分子对碳链平衡电导的影响随其摆放位置的不同而出现奇偶振荡，例如，当位于奇数编号的碳原子上时，电导取极大值，当位于偶数编号的碳原子上时，取极小值)将两个,#-分子置于不同的碳原子正上方时，在不同的位置平衡电导相差很大，在某些特殊的情况下原本受到抑止的第三个本征通道也有较大的贡献)此外，还研究了放置两个水分子时，体系的电流.

3、电压（!."）特性，随着水分子的数目和放置的位置不同，某些情况可能出现较大幅度的负微分电阻，而在另一些情况下却没有出现)关键词：平衡电导，透射谱，负微分电阻!"##：’#/%，’!!01热导也随碳原子的数目而发生奇偶振荡，特别是，当!A引言碳原子数目为偶数时，热电势为负，碳原子数目为奇数时，热电势为正等等)对于一个分子导体，其输运近几年来，随着实验上操纵单个分子的技术的性质依赖于很多因素，例如，分子相对于电极的距离进步，人们开始设想利用单个分子做成电子器件，这和方向，不同的电极材料，门电压的存在等等)然而，无疑将为未来的电子电路开辟新的领域，并引起了除此外，分子导体所处的周围的

4、环境也同样应该对［!—&］人们极大的兴趣)在实验中，关于分子导体的研体系的输运性质产生非常重要的影响，这个问题在究已经取得了很大的进展，并发现了许多非常有趣文献中却很少有人讨论)因此，本文以具有七个碳原的现象，如!."高度非线性，负微分电阻，整流，等子的一维原子链为例，研究水分子环境对其输运性等，这些分子导体特有的性质将能在未来的电子器质的影响)特别地，我们研究了不同数目的水分子位［’—!%］件中有着非常重要的应用)同时在理论上，对单于不同位置处体系的平衡电导和!."特性的变化)分子的电子输运性质的研究也有了很大的进步，人们提出了多种方法来研究分子导体的输运性质)其#A计算方法

5、与模型中，基于密度泛函数理论的非平衡格林函数方法，能［!/］够将电压对体系的电子结构的影响准确地考虑进采用基于非平衡态格林函数的1B58CD3C1*.E来，通过自洽计算得到整个体系的量子输运性质，是程序包来研究体系的量子输运性质)该程序能够完［!!—!0］目前最通用的方法)全自洽地处理原子尺度的体系与半无限长的电极相在目前对分子导体的电子输运性质的理论研究耦合的系统，此系统可以分为三个部分：中心散射［!&—!(］中，一个经常被研究的体系是一维碳原子链)区、左电极和右电极区)散射区实际上包括了电极的在这个体系中人们预言了许多非常重要的性质，如一部分)导体两端的电压直接参与自洽计算

6、)通过这电导随碳原子数目的奇偶振荡；碳原子链离两端电个体系的电流可以由F58?5;>B.G;HH6I>B公式根据相极距离不等时将出现很好的整流效应；其热电势和应的格林函数和自能求得!国家自然科学基金（批准号：!%2%2%!%），江西师范大学人才基金（批准号：!!(’）资助的课题)"通讯联系人)3.456+：7689:;<=:8;)>?;)@8’210物理学报4;卷""能量为费密能$/处的透射系数%（$）得到：!!#!#$%（$，&）［（’$$!%）$（’$$!&）］，""""""（’）(!#%（$/）!#"%（)$/），（0）式中!%，!&分别为左右电极的化学势，且（!&$关于

7、这一方法的具体细节可参见文献［’1，"2］)）("!&即为左右两端的电压，"为单位电荷，分子器件的模型为：从,3的完整晶体中沿!%（’$$!%），（’$$!&）是左右电极的电子费米分布（’22）方向抽取如图’所示结构组成体系的电极，每函数)%（$，&）为在能量$，加偏压为&时透射系层中的原子数按4，0，4，0，⋯⋯的顺序排列)左右电数，由下式得到：极单胞取相邻0层，按4，0，4，0排列)中心区除了5%（$，&）!*［+"（$）(（&$）"（$）(（,$）］，个原子的碳链外，还包括了左边电极的