光驅動分子開關電輸運性質第一性原理研究.pdf

1、分子電子學由于其在納米功能材料領域的潛在應用價值一直備受科研人員關注，主要研究內容為利用單分子及分子團簇，如單壁或多壁的碳納米管、有機小分子以及高分子等來構造各種功能性的電子器件，并且研究這些分子電子器件的電特性或光特性。近年來，隨著實驗技術和理論方法的進步和發(fā)展，使得人們設計，測量并計算具有不同功能的分子電子的器件成為可能。這些基于單分子的電子器件具有獨特的物理性質，包括負微分電阻效應，分子整流現象，開關效應，存儲器和二極管等等。其中

2、，由于分子開關具有存儲信息和傳遞信息的特質，對于分子開關的研究成為了前沿課題。根據觸發(fā)因素的不同，分子開關可以分為兩類:電開關和光開關。前者在電場或者電流脈沖等外部觸發(fā)因素下實現開態(tài)和關態(tài)的轉化，而后者則是在光的觸發(fā)下實現電流開/關狀態(tài)的相互轉化。由于光的反應時間短而且容易獲得，光是非常理想的外部觸發(fā)因素，因此光開關引起了科學家們的廣泛關注。
　　本文，我們利用密度泛函理論與非平衡格林函數相結合的辦法，系統(tǒng)地研究了旋轉分子馬達和二

3、芳基乙烯分子的電子輸運性質，探討其作為分子光開關的可能性。研究內容和主要結論有:
　　1.光驅動旋轉分子馬達光分子開關
　　Feringa第二代光驅動分子馬達在360°旋轉過程中，兩種異構體分別為anti-folded和syn-folded，計算發(fā)現，通過順勢異構體的電流總是大于通過反式異構體的電流，這意味著在一個旋轉周期中，分子的導電性改變了四次。這種光引起的周期性電導改變特質使得分子馬達具有光分子開關潛質。
　　兩

4、種異構體的不同的輸運特性主要是由于分子的有效共軛長度。順勢異構體費米能級附近的透射峰來源于HOMO軌道，順勢異構體的HOMO軌道相對于反式異構體來說更加離域。而且反式異構體的透射峰距離費米能級較遠，因此相對于順勢異構體，反式異構體的導電性較差。
　　2.二芳基乙烯光分子開關
　　實驗上發(fā)現了二芳基乙烯分子吸收可見光可以實現雙向轉變。通過我們的計算模擬發(fā)現，通過閉環(huán)化合物的電流遠遠大于通過開環(huán)化合物的電流。電流比高達2700，