文档介绍：学校代号 10532 学号 B1007S0001
分类号密级
博士学位论文
分子尺度开关与整流器件的机理研究
学位申请人姓名曾晶
培养单位物理与微电子科学学院
导师姓名及职称陈克求教授
学科专业物理学
研究方向分子电子学
论文提交日期 2013 年 4月 20 日
学校代号:10532
学号:B1007S0001
密级:
湖南大学博士学位论文
分子尺度开关与整流器件的机理研究
学位申请人姓名: 曾晶
导师姓名及职称: 陈克求教授
培养单位: 物理与微电子科学学院
专业名称: 物理学
论文提交日期: 2013 年 4月 20 日
论文答辩日期: 2013 年 5月 29 日
答辩委员会主席: 胡望宇教授
Mechanism Research on Switch and Rectifier in Molecular Scale
by
ZENG Jing
. (Hengyang Normal University) 2008
A dissertation submitted in partial satisfaction of the
Requirements for the degree of
Doctor of Science
in
Condensed Matter Physics
in the
Graduate School
of
Hunan University
Supervisor
Professor CHEN Keqiu
March, 2013
博士学位论文
湖南大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取
得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何
其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献
的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法
律后果由本人承担。
作者签名: 日期: 年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学
校保留并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。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入
有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编
本学位论文。
本学位论文属于
1、保密□,在______年解密后适用本授权书。
2、不保密□。√
(请在以上相应方框内打“√”)
作者签名: 日期: 年月日
导师签名: 日期: 年月日
I
分子尺度开关与整流器件的机理研究
摘要
本文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法,较为系
统地研究了分子尺度体系如石墨烯纳米带、硼氮纳米带、有机小分子、碳纳米管
的电子结构和电子输运性质。我们重点探讨原子掺杂、化学修饰、吸附、机械扭
转以及磁序列排布等方面对分子器件电子输运性质的影响,并在器件中观察到分
子整流行为以及基于自旋过滤效应、磁致电阻效应和负微分电阻效应的分子开关
行为。主要内容如下:
研究了氮掺杂的扶手椅型石墨烯纳米带器件的电子输运性质。在这个器件中,
氮原子被用来替代其中一个电极的中心碳原子或者边缘碳原子。计算结果表明,
器件的电子输运性质强烈地依赖于石墨烯纳米带的宽度和氮杂质的位置,我们在
器件中观察到了明显的整流效应,并且发现整流效应可以通过石墨烯纳米带的宽
度和氮杂质的位置来进行调控。进一步的研究发现,左右电极能带之间狭窄的匹
配范围以及相应的分子轨道与电极杂质态之间弱的耦合是器件中出现明显整流现
象的根本原因。
研究了边缘氢化的锯齿形石墨烯纳米带异质结的自旋输运性质。计算结果表
明,完美的自旋过滤效应和整流比超过 105 的整流效应可以通过锯齿形石墨烯纳
米带的边缘氢化来实现。此外,研究发现自旋过滤效应和整流效应可以通过异质
结的宽度来进行调控。进一步的研究表明,这些效应的出现与锯齿形石墨烯纳米
带的π和π∗子带所固有的输运选择规则有关。
研究了分子间相互作用对双层石墨烯纳米带器件电子输运行为的影响。研究
结果表明,通过调节双层石墨烯纳米带之间的π−π相互作用,我们可以观察到分
子开关和分子整流现象。经分析,我们认为这些输运现象是由分子轨道与电极耦
合强度的改变所导致的。
研究了