分子器件的设计及其电荷输运性质的理论模拟研究.pdf

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina硕士学位论识论文题目分子暮件的设计及其电荷输泛性质的理论模拟研免作者姓名叶责学科专业物理化学导！币姓名罗政教梭江後教援二〇一五年五月完成时间中国科学技术大学硕士学位论文分子器件的设计及其电荷输运性质的理论模拟研究作者姓名：叶贵学科专业：物理化学导师姓名：罗毅教授江俊教授完成时间：二—五年五月二十一曰UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster'sdegreeDesignofNovelMolecularDevice

2、s-AFirst-PrinciplesStudyAuthor'sName:GuiYeSpeciality:PhysicalChemistrySupervisors:Prof.YiLuoProf.JunJiangFinishedtime:May21st,2015中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：神：签字日期中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申

3、请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。▽开口保密—年）摘要摘要进入二十一世纪以来，基于单分子器件的分子电子学研宄引起了人们的广泛关注。随着分子器件的研究方法和测量技术日趋成熟，科学家们不断发掘出分子器件的各种特殊功能，制备出了分子开

4、关和分子导线这两种电路中最基本的电子器件，还有具有整流作用的分子整流器、可以利用化学能做功的分子马达、具有存储功能的分子存储器以及分子计算机等很多功能化的分子器件。这些分子器件不仅尺寸小，而且具有很多特殊的物理及化学性质，这些都是传统的宏观电子器件所不具备的。基于这些分子器件，人们做了大量的理论和实验研宄工作，其中实验研究的快速发展给理论工作提供了有利的条件，而理论研究反过来又为实验开拓出新的思路。分子器件理论研究的目标是解释实验中所观察到的现象，揭示其背后的微观机理，并进行有效且合理的分子设计进而指导实验。本论文基于前期开发的结合了分子的量子化学计算和器件电极的固

5、体物理描述的方法，模拟研宄分子内电荷输运过程。本文中我们设计了两种新型分子，并对其展开了一系列的理论研宄工作，着重考察了两种分子器件的导电行为与其结构以及外加门电压等因素之间的相互关系，发掘了其中的微观机理。论文主要内容如下：第一章主要介绍了分子电子学的基础内容，包括分子电子学的诞生，实验及理论研宂的发展，分子电子学器件的概念及各类分子电子学器件的简要介绍。第二章介绍了基于弹性散射理论和格林函数的分子电子学量子化学计算方法。包括透射几率的计算、隧穿电流的表达式以及电场效应的描述、前期开发的分子电子学程序包的简介。在第三章中，我们利用碳纳米管的特殊电学性质和葫芦脲类似

6、物分子的半环型卡箍结构，建立了半环型分子卡箍碳纳米管的分子模型并计算其电荷输运性质，基于半环分子与纳米管的耦合位置扫描获得了单壁纳米管一维方向的波函数分布模式以及纳米管手性和长度对波函数的影响，为分子器件的实验设计提供重要信息。在第四章中，我们结合了富勒烯及三明治结构分子的特殊性质，设计出一种新型的分子线，利用量子化学计算软件优化得到分子线单元的稳定结构及电子结构信息，继而运用软件包分析考察此分子线的电荷传输能力，研宄其在不同偏压下的电子输运性质，评估其作为分子线的应用前景。关键词：分子电子学、弹性散射理论、密度泛函理论（、电荷输运AbstractAbstractA

7、imingatutilizingmoleculestoperforminformationprocessingwithlowcostsandhighperformance,thefieldofmolecularelectronicshasatractedgrowinginterests.Withtheadvancementoftheresearchmethodsandmeasurementtechniques,variousmoleculardeviceshavebeenmadeandprovidedmanyuniqueandusefulproperties.F