摘要：基于六钼酸盐的亚胺衍生物，我们设计了一种新型分子二极管，利用密度泛函理论和非平衡格林函数研究其整流性能。对于该模型，得到了一个意想不到的大整流比非对称电流--电压特性。整流特性可以通过观察不同极性的透射峰的不对称转移来理解。有趣的是，电子传输的首选方向在我们所研究的系统和有机受体-桥-给体系统中是不同的。结果表明，在设计分子二极管时，应该考虑所研究的有机--无机混合系统具有内在较大的整流比。66130

毕业论文关键词：分子二极管，多酸，非平衡格林函数，电子传输，整流器

Abstract: We design a new type of molecular diode, based on the organoimido derivatives of hexamolybdates, by exploring the rectifying performances using density functional theory combined with the non-equilibrium Green’s function. Asymmetric current–voltage characteristics were obtained for the models with an unexpected large rectification ratio. The rectifying behavior can be understood by the asymmetrical shift of the transmission peak observed under different polarities. It is interesting to find that the preferred electron-transport direction in our studied system is different from that of the organic D-bridge-A system. The results show that the studied organic–inorganic hybrid systems have an intrinsically robust rectifying ratio, which should be taken into consideration in the design of the molecular diodes

Keywords: Molecular diode, polyoxometalate, non-equilibrium Green’s function, charge transport, rectifiers 

目  录

1 前言 4

2模型和计算模拟参数计算 5

3 结果与讨论 6

结  论 11

参考文献 12

致  谢 15

1 前言

利用单个分子作为基本的单元是目前分子电子学研究的一个主要任务[1]。随着电子元件大小的微型化，特别是在纳米和更小尺寸维度下的分子电子器件，具有较高性能和热稳定性的单元（如电阻器，整流器和存储器）是其中一个最需要解决的问题[2, 3]。自Aviram和Ratner提出分子整流器模型后[4]，通过设计分子达到整流性能的研究是目前逻辑电路中一个非常关键的领域。在过去的40多年中，不论在实验还是在理论方法上都得到了巨大的发展[1, 2, 5-14]。获得分子整流的性质的一个基本思想是引入反对称性，包括分子结构本身的非对称，两端电极和分子之间的不同耦合等，当然不同的电极材料也是可以得到整流性质。对于分子整流性质的机理研究，在理论上和实验已进行了大量的研究[4, 15-23]。然而，对于大部分有机受体-桥-给体的模型（D-B-A），其分子的整流率比（RR）一般都不大，通常不超过几十。尽管对于自组装单层的分子膜来说较高的整流比在实验中报道过，但是由于实验条件的限制，是否是实验中其它条件而不是分子本身的性质影响，这一点还未明确[18]。文献综述

对于无机化合物多酸分子，由于其独特的性质和广泛的用途，如催化，磁性，能量转换功能（电池），以及存储材料等方面，已得到了大家的普遍关注[24]。自1998年其，已被建议可作为非常有前景的电子学材料[25]。近来，以多酸为基础的电子传输性质的实验研究和其在分子存储记忆方面的潜在应用得到了大家的关注[26-30]。多酸的其中一个独特性质是其氧化还原特性，它可以接受一个或多个电子而不改变其分子结构。这与其它有机分子是不同的，所以其得到的分子器件的稳定性也较其它分子强，也是目前实验上大家关注的一个重要原因。在多酸家族中，其中一类有机-无机杂化材料引起了人们浓厚的兴趣——有机胺衍生物Lindqvist型六钼酸盐分子[31-34]。这类杂化材料包含了多酸和分子材料的优点，如多酸的良好化学稳定性和较强电子捕获能力，有机分子的较好可塑性等。使得这类体系作为一个新的基本单元，可构建更多更复杂的杂化材料，而且这些材料的合成制备可得到有效的可控行[34]。另外，基于该类分子的结构，它作为纳米尺寸的金属氧化物也是非常适合电子器件的应用[27, 30]。对于分子元件，即使在较低的电压下，通过分子的电流密度也是巨大的[35]，这也说明稳定的多酸分子相比于有机分子更有利于在电子器件方面的应用。对于该类杂化材料，已在理论上研究了其电荷转移性质和非线性光学性质。杂化分子中多酸片段和有机片段部分对外场的不同响应和有机片段部分的电荷转移到多酸上是其非线性的产生的主要原因。另外，正如上一个工作研究，发现对于多酸分子，其电子传输性质和有机分子有较大的不同[36]。因此基于反对称的假设和该类杂化材料的特点，我们设计以该材料为基础的分子整流器。