光致异构体开关特性的理论研究

李英德; 李宗良; 冷建材; 李伟; 王传奎

doi:10.7498/aps.60.073101

摘要

利用弹性散射格林函数方法,对4,4-二羧基1,2-二苯乙烯分子的两种异构体与金电极构成的单分子结进行了研究. 研究表明,该类分子是通过末端羧基化学吸附于金表面的,两种分子结电导特性的差异主要是因为分子与电极的相互作用所致. 对每一种分子来说,都存在三种不同的稳定电导值,分别对应着分子末端与金表面的不同接触方式. 分子与金表面的相互作用导致分子结电子结构的变化是其电导差异的主要原因. 理论结果与实验测量结果符合得较好.

关键词:

Abstract

The electron transport properties of the single molecular junctions composed of isomers of 4,4-(ethene-1,2-diyl) dibenzoic acid and two gold electrodes are investigated systematically using elastic scattering Green's function method. The conductance characteristics are quite different for the two isomers which can be used to construct molecular switch. Our study shows that the molecules are chemically adsorbed on the gold surface by the terminal carboxyl group. Each molecular junction has three different stable conductances, which correspond to the different contact structures between the molecules and electrodes. The different conductances result mainly from the variation of the electronic structures, caused by the interaction between the molecules and the electrodes. Our theoretical simulation is consistent with the experimental measurement.

Keywords:

作者及机构信息

(1)山东轻工业学院数理学院,济南 250353; (2)山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014; (3)山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014;潍坊学院物理与电子科学学院,潍坊 261061

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10804064)和山东省自然科学基金 (批准号:ZR2010AL024)资助的课题.

Authors and contacts

(1)College of Mathematics and Physics, Shandong Institute of Light Industry,Jinan 250353,China; (2)College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China; (3)College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China;College of Physics and Electronis, Weifang University, Weifang 261061, China

参考文献

[1]	Kockmann D, Poelsema B, Zandvliet H J W 2009 Nano Lett. 9 1147
[2]	Martin S, Grace I,Bryce M R Wang C S, Batsanov A S, Higgins S J, Lambert C J, Nichols R J 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 9157
[3]	Ricci A M, Calvo E J, Martin S, Nichols R J 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 2494
[4]	Hu H L, Zhang K, Wang Z X, Wang X P 2006 Acta Phys. Sin. 55 1430(in Chinese)[胡海龙、张琨、王振兴、王晓平 2006 物理学报 55 1430]
[5]	Hu H L, Zhang K, Wang Z X, Kong T, Hu Y, Wang X P 2007 Acta Phys. Sin.56 1674(in Chinese)[胡海龙、张琨、王振兴、孔涛、胡颖、王晓平 2007 物理学报 56 1674]
[6]	Hall L E, Reimers J R, Hush N S, Silverbrook K 2000 J.Chem.Phys. 112 1510
[7]	Yaliraki S N, Kemp M, Rather M A 1999 J. Am. Chem .Soc. 121 3428
[8]	Tian W, Datta S, Hong S, Reifenberger R, Henderson J I, Kubiak C P 1998 J. Chem. Phys. 109 2874
[9]	Wang C K, Fu Y, Luo Y 2001 Phys. Chem.Chem.Phys. 3 5017
[10]	Wang C K, Luo Y 2003 J. Chem. Phys. 119 4923
[11]	Luo Y, Wang C K, Fu Y 2003 Chem. Phys. Lett. 369 299
[12]	Wang C K, Li H H, Li Y D, Luo Y, Fu Y 2003 Science in China 46 13
[13]	Li Y D 2006 Acta Phys. Sin.55 2997(in Chinese)[李英德 2006 物理学报 55 2997]
[14]	Donhauser Z J, Mantooth B A, Kelly K F 2001 Science 292 2303
[15]	Tour J M, Wu R, Schummg S 1990 J. Am. Chem .Soc. 112 5662
[16]	Tour J M, Jones L, Pearson D L 1995 J. Am. Chem .Soc. 117 9529
[17]	Martin S, Haiss W, Higgins S J, Nichols R J 2010 Nano Lett. 10 2019
[18]	Li X,He J, Hihath J, Xu B, Lindsay S M, Tao N 2006 J. Am.Chem. Soc. 128 2135
[19]	Fu M D, Chen I W P, Lu H C, Kuo C T, Tseng W H, Chen C H 2007 J. Phys. Chem. C 111 11450
[20]	Li C, Pobelov I, Wandlowski T, Bagrets A, Arnold A, Evers F 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 318
[21]	Fujihira M, Suzuki M, Fujii S 2006 Phys. Chem. Chem.Phys. 8 3876
[22]	Haiss W, Martin S, Leary E, vanzalinge H, Higgins S J, Bouffier L, Nichols R J 2009 J. Phys. Chem. C 113 5823
[23]	Chen F, Li X, Hihath J, Huang Z, Tao N 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 15874
[24]	Kamenetska M, Quek S Y, Whalley A C, Steigerwald M L, Choi H J, Louie S J, Nuckolls C, Hybertsen M S, Neaton J B, Venkataraman L 2010 J. Am. Chem. Soc.132 6817
[25]	Ko C H, Huang M J, Fu M D, Chen C H 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 756
[26]	Wang C S, Batsanov A S, Bryce M R, Martin S, Nichols R J, Higgins S J, Lambert C J 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 15647

施引文献

[1]	Kockmann D, Poelsema B, Zandvliet H J W 2009 Nano Lett. 9 1147
[2]	Martin S, Grace I,Bryce M R Wang C S, Batsanov A S, Higgins S J, Lambert C J, Nichols R J 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 9157
[3]	Ricci A M, Calvo E J, Martin S, Nichols R J 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 2494
[4]	Hu H L, Zhang K, Wang Z X, Wang X P 2006 Acta Phys. Sin. 55 1430(in Chinese)[胡海龙、张琨、王振兴、王晓平 2006 物理学报 55 1430]
[5]	Hu H L, Zhang K, Wang Z X, Kong T, Hu Y, Wang X P 2007 Acta Phys. Sin.56 1674(in Chinese)[胡海龙、张琨、王振兴、孔涛、胡颖、王晓平 2007 物理学报 56 1674]
[6]	Hall L E, Reimers J R, Hush N S, Silverbrook K 2000 J.Chem.Phys. 112 1510
[7]	Yaliraki S N, Kemp M, Rather M A 1999 J. Am. Chem .Soc. 121 3428
[8]	Tian W, Datta S, Hong S, Reifenberger R, Henderson J I, Kubiak C P 1998 J. Chem. Phys. 109 2874
[9]	Wang C K, Fu Y, Luo Y 2001 Phys. Chem.Chem.Phys. 3 5017
[10]	Wang C K, Luo Y 2003 J. Chem. Phys. 119 4923
[11]	Luo Y, Wang C K, Fu Y 2003 Chem. Phys. Lett. 369 299
[12]	Wang C K, Li H H, Li Y D, Luo Y, Fu Y 2003 Science in China 46 13
[13]	Li Y D 2006 Acta Phys. Sin.55 2997(in Chinese)[李英德 2006 物理学报 55 2997]
[14]	Donhauser Z J, Mantooth B A, Kelly K F 2001 Science 292 2303
[15]	Tour J M, Wu R, Schummg S 1990 J. Am. Chem .Soc. 112 5662
[16]	Tour J M, Jones L, Pearson D L 1995 J. Am. Chem .Soc. 117 9529
[17]	Martin S, Haiss W, Higgins S J, Nichols R J 2010 Nano Lett. 10 2019
[18]	Li X,He J, Hihath J, Xu B, Lindsay S M, Tao N 2006 J. Am.Chem. Soc. 128 2135
[19]	Fu M D, Chen I W P, Lu H C, Kuo C T, Tseng W H, Chen C H 2007 J. Phys. Chem. C 111 11450
[20]	Li C, Pobelov I, Wandlowski T, Bagrets A, Arnold A, Evers F 2008 J. Am. Chem. Soc. 130 318
[21]	Fujihira M, Suzuki M, Fujii S 2006 Phys. Chem. Chem.Phys. 8 3876
[22]	Haiss W, Martin S, Leary E, vanzalinge H, Higgins S J, Bouffier L, Nichols R J 2009 J. Phys. Chem. C 113 5823
[23]	Chen F, Li X, Hihath J, Huang Z, Tao N 2006 J. Am. Chem. Soc. 128 15874
[24]	Kamenetska M, Quek S Y, Whalley A C, Steigerwald M L, Choi H J, Louie S J, Nuckolls C, Hybertsen M S, Neaton J B, Venkataraman L 2010 J. Am. Chem. Soc.132 6817
[25]	Ko C H, Huang M J, Fu M D, Chen C H 2010 J. Am. Chem. Soc. 132 756
[26]	Wang C S, Batsanov A S, Bryce M R, Martin S, Nichols R J, Higgins S J, Lambert C J 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 15647

[1]	周展辉, 李群, 贺小敏. AlN/β-Ga₂O₃异质结电子输运机制. 物理学报, 2023, 72(2): 028501. doi: 10.7498/aps.72.20221545
[2]	贺艳斌, 白熙. 一维线性非共轭石墨烯基(CH₂)_n分子链的电子输运. 物理学报, 2021, 70(4): 046201. doi: 10.7498/aps.70.20200953
[3]	俎凤霞, 张盼盼, 熊伦, 殷勇, 刘敏敏, 高国营. 以石墨烯为电极的有机噻吩分子整流器的设计及电输运特性研究. 物理学报, 2017, 66(9): 098501. doi: 10.7498/aps.66.098501
[4]	柳福提, 程艳, 陈向荣, 程晓洪, 曾志强. Au-Si60-Au分子结电子输运性质的理论计算. 物理学报, 2014, 63(17): 177304. doi: 10.7498/aps.63.177304
[5]	柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣. Si4团簇电子输运性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(14): 140504. doi: 10.7498/aps.62.140504
[6]	邓小清, 杨昌虎, 张华林. B/N掺杂对于石墨烯纳米片电子输运的影响. 物理学报, 2013, 62(18): 186102. doi: 10.7498/aps.62.186102
[7]	柳福提, 程艳, 羊富彬, 程晓洪, 陈向荣. Au-Si-Au结点电子输运性质的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(10): 107401. doi: 10.7498/aps.62.107401
[8]	胡飞, 段玲, 丁建文. 锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运. 物理学报, 2012, 61(7): 077201. doi: 10.7498/aps.61.077201
[9]	张迷, 陈元平, 张再兰, 欧阳滔, 钟建新. 堆叠石墨片对锯齿型石墨纳米带电子输运的影响. 物理学报, 2011, 60(12): 127204. doi: 10.7498/aps.60.127204
[10]	赵佩, 郑继明, 陈有为, 郭平, 任兆玉. 单壁碳纳米管吸附氧分子的电子输运性质理论研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068501. doi: 10.7498/aps.60.068501
[11]	马松山, 朱佳, 徐慧, 郭锐. 碱基对组分、电极位能及界面耦合对DNA分子I-V特性的影响. 物理学报, 2010, 59(10): 7458-7462. doi: 10.7498/aps.59.7458
[12]	王利光, 张鸿宇, 王畅, Terence K. S. W.. 嵌入锂原子的zigzag型单壁碳纳米管的电子传导特性. 物理学报, 2010, 59(1): 536-540. doi: 10.7498/aps.59.536
[13]	郑新亮, 郑继明, 任兆玉, 郭平, 田进寿, 白晋涛. 钽硅团簇电子输运性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5709-5715. doi: 10.7498/aps.58.5709
[14]	牛秀明, 齐元华. 分子结点电子输运性质的理论研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6926-6931. doi: 10.7498/aps.57.6926
[15]	夏蔡娟, 房常峰, 胡贵超, 李冬梅, 刘德胜, 解士杰, 赵明文. 官能团对分子器件电输运特性的影响. 物理学报, 2008, 57(5): 3148-3154. doi: 10.7498/aps.57.3148
[16]	夏蔡娟, 房常峰, 胡贵超, 李冬梅, 刘德胜, 解士杰. 分子的位置取向对分子器件电输运特性的影响. 物理学报, 2007, 56(8): 4884-4890. doi: 10.7498/aps.56.4884
[17]	李英德. 分子结电学特性的理论研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2997-3002. doi: 10.7498/aps.55.2997
[18]	马勇, 邹斌, 李宗良, 王传奎, 罗毅. 六元杂环分子电学特性的理论研究. 物理学报, 2006, 55(4): 1974-1978. doi: 10.7498/aps.55.1974
[19]	邹斌, 李宗良, 王传奎, 薛其坤. 电极距离对分子器件电输运特性的影响. 物理学报, 2005, 54(3): 1341-1346. doi: 10.7498/aps.54.1341
[20]	李英德, 李红海, 王传奎. 分子线的电子输运特性. 物理学报, 2002, 51(10): 2349-2354. doi: 10.7498/aps.51.2349

计量

文章访问数: 8581
PDF下载量: 923
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板