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《兰州大学》 2011年
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分子开关和十字形碳纳米管的输运性质研究

郭大鹏  
【摘要】:1.分子开关的电子结构及输运性质的量子化学研究 基于文献报道的光致变色开闭环反应的双稳态分子开关实验,本文设计了两个分子开关的双电极模型。将发生开闭环反应的二噻吩乙烯类衍生物分子分别对接到碳纳米管和金电极上,用从头算方法系统研究了分子的电子结构和输运性质。计算结果表明:“关”态(开环结构)体系耦合在两种电极上伏安曲线总是截止的;而“开”态(闭环结构)体系耦合在碳纳米管电极上的伏安曲线呈现完全非线性行为并观察到NDR现象,而耦合在金电极上的伏安曲线呈现出很好的线性行为。两个分子开关模型的输运性质均表现出明显的开关效应。对于纳米管做电极时的体系所表现的输运特征,从开关分子的前线轨道空间形状入手,做了合理推测,并设计出与金电极耦合的模型进行计算以验证结论。 2.十字形碳纳米管及其Haeckelite缺陷的输运性质的密度泛函研究 为研究碳纳米管沿纵向的输运性质以及缺陷的影响,构建了十字形纳米管及其Haeckelite缺陷的两个模型,采用密度泛函和非平衡态格林函数相结合的方法,研究了十字形碳纳米管分别在CNT(6,0)和Au电极下的输运性质。对比计算结果,发现CNT(6,0)做电极时,含缺陷的crossed HNT的I-V曲线显示线性特征,其低偏压下平衡态费米能级处的输运峰由Haeckelite缺陷引入;而crossed CNT则表现出完全非线性特征。此外,对比两模型在不同电极下平衡态的输运谱和态密度分布,发现体系耦合在Au电极时,体系与电极之间的电子转移会影响体系的带隙态(MIGS),在低偏压下尤为明显,最终使两模型在低偏压下表现出导体性质。通过分析,NDR源于偏压引起的体系输运性质改变。比较对应于十字形碳纳米管中间竖立部分CNT(8,0)及相应的Haeckelite纳米管沿横向输运,对碳纳米管体系耦合在碳纳米管电极时沿横向和纵向的输运性质特点做了归纳总结。
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