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王传奎教授课题组在分子电子学理论研究方面取得新进展
2016-03-01 10:04 物电学院 

 

我院原子与分子物理省级特色重点学科、低维功能纳米材料研究中心,“泰山学者特聘专家”王传奎教授课题组在分子器件电输运理论上取得重要进展。该研究是在已有理论的基础上,考虑了非共振电输运的贡献,发展了一维透射结合三维修正近似(One-dimension transmission combined with three-dimension correction approximation (OTCTCA))的理论方法,推动了分子电子学理论的发展,并成功地解释了已有的实验结果。该研究成果《A method to study electronic transport properties of molecular junction: one-dimension transmission combined with three-dimension correction approximation (OTCTCA)》已于近日在英国自然旗下的 Scientific Reports上(srep2016, V6, 21946)正式发表。根据2015年公布的影响因子,Scientific Reports5.578名列所有综合类SCI期刊中第5论文的计算工作由刘然同学完成,王传奎教授与李宗良副教授在理论模型的建立与计算结果方面进行了深入讨论。论文最终由李宗良副教授定稿。

分子电子学是建立在分子层次上的电子学,其研究目标是用单个分子或分子簇等代替传统的固体电子元件组装逻辑电路,乃至组装完整的计算机。近年来,由于电子器件不断小型化的推动,随着实验技术的不断提高,分子功能器件的设计及性质研究已发展成为国际上的热点研究课题。理论方面也发展了非平衡格林函数方法、弹性和非弹性散射格林函数方法等理解分子器件的电输运机理。这些理论方法虽然在很多方面成功的理解了分子器件的电输运性质,但仍然存在一些无法给出合理解释的问题,如分子器件的电导随长度的衰减效应、分子器件拉伸过程中电导曲线的平台效应等实验上一些常见的特征。王传奎教授课题组李宗良副教授基于这些问题重新考虑了已有理论模型的局限性,发现这些理论中都忽视了非共振电输运的贡献,因此借鉴于量子散射理论中的WKB方法,在量子力学一维势阱/垒透射理论及王传奎教授一维电输运数值计算模型的启发下,发展了一维透射结合三维修正近似(One-dimension transmission combined with three-dimension correction approximation (OTCTCA))的方法,以一种简单的方式巧妙的计算了非共振对分子器件电输运的贡献。利用这一方法计算的结果在非共振区域与实验结果符合的非常好,这不仅成功解决了上述常见问题,更重要的是可以从电子的波动性和粒子性两方面对分子器件的非共振电输运给出清晰的物理图像。

王传奎教授课题组在纳电子学和分子电子学的研究方面已有20多年的工作积累,相关研究工作在ACS NanoPhys. Rev. A/BAppl. Phys. Lett.J. Chem. Phys.J. Phys. Chem.等学术期刊上发表研究论文100余篇,其中80余篇被SCI收录。课题组将计算分子和原子团簇电子结构的从头计算法和计算纳米体系的电子输运理论结合起来,建立了弹性散射格林函数方法,开展了分子器件电输运性质的研究。在此基础上,考虑了分子的振动效应,采用了简谐近似和跃迁矩阵元的微扰方法近似,建立了非弹性散射格林函数方法,计算了分子非弹性电子隧穿谱,表征了分子结的微观结构。进一步,利用密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究单分子结的电输运性质。课题组在发展用于确定分子与电极接触细节的方法与技术,调控和开拓单分子结电荷输运性能,设计和优化功能性分子器件等方面取得了创新性成果。

附:理论模型图与论文链接

文章链接:http://www.nature.com/articles/srep21946

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