纳米分子器件电子输运性质的研究

论文摘要

随着纳米技术和分子合成技术的不断发展,纳米分子器件的制备与研究已经成为可能。纳米分子器件是指用纳米量级的分子制作的处理信息的功能器件。由于纳米分子器件体积很小,大约从几个nm到几百个nm之间,纳米分子器件将成为下一代集成电路的基础,因此,纳米分子器件已经成为当前物理化学领域中理论和实验研究的热点之一。论文比较系统的研究了纳米尺度的多粒子体系构成的纳米分子的理论。这是一个全新的理论模型,是已有文献中理论模型的推广。论文使用递推格林函数方法,结合多粒子体系的自洽理论和弹性散射理论,对纳米分子器件的电子输运性质进行了模拟计算,并对计算结果进行了理论分析。论文首先扼要的综述了纳米分子器件的产生历史,简要的介绍了纳米分子器件的发展历程及其研究成果,及其目前纳米分子器件在研究上存在的主要问题;其次,在理论计算方面,将纳米分子器件看作纳米分子桥,建立起纳米分子桥模型的电流、电导和传输函数表达式,结合多粒子体系的弹性散射理论,利用递推格林函数方法,对纳米分子桥模型的电流、电导和传输函数表达式进行了理论推导;再次,根据理论推导的结果,对两种平面纳米分子4,4’-吡啶分子和4,4’-二硫基二苯酚分子进行了理论模拟计算,根据理论计算结果讨论了纳米分子器件的电子输运性质。结果表明对于一个确定的电子的传导通路,电子通过分子桥的概率是与电子的能量紧密相关的。由此说明了纳米分子器件具有功能器件的功能。最后论文对所做的工作进行了归纳总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米分子器件的产生背景
• 1.2 纳米分子电子学与纳米分子器件的实验进展
• 1.3 纳米分子器件理论研究的进展
• 1.4 目前存在的问题
• 1.5 本文的研究工作
• 第2章 多粒子体系的自洽场理论
• 2.1 多粒子体系的薛定谔方程
• 2.2 波恩-奥本海默近似
• 2.3 哈特利自洽场近似
• 2.4 哈特利一福克自洽场近似
• 2.5 密度泛函理论
• 2.5.1 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.5.2 Kohn--Sham 方程
• 2.5.3 局域密度近似
• 2.6 外场中分子的微扰理论
• 第3章 纳米器件伏安特性的理论
• 3.1 纳米器件的电流与电导
• 3.2 纳米器件的输运函数
• 3.3 耦合常数
• 3.4 原子轨道相互作用与交叠矩阵
• 3.5 分子轨道的理论
• 3.5.1 分子轨道的展开
• 3.5.2 基函数的选择
• 3.6 能态密度
• 3.7 费米能级的确定
• 第4章 纳米分子器件的格林函数方法的研究
• 4.1 前言
• 4.2 格林函数方法
• 4.2.1 格点格林函数的两种表象
• 4.2.2 两种表象之间的转换
• 4.2.3 递推格林函数方法
• 4.3 两种纳米分子器件的输运性质的研究
• 4.3.1 纳米分子器件的递推格林函数方法的研究
• 4.3.2 4,4'-二吡啶纳米分子器件电子输运性质的研究
• 4.3.3 4,4'-二硫基二苯醚纳米分子器件电子输运性质的研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介