《以單壁碳納米管為電極的分子自旋電子器件理論研究》是依託北京大學，由侯士敏擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：以單壁碳納米管為電極的分子自旋電子器件理論研究
- 項目負責人：侯士敏
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
分子自旋電子器件以單個分子作為自旋輸運通道，可在單分子水平上控制和操縱自旋輸運性質，將在未來的電子器件和電路中發揮重要作用。而單壁碳納米管結構完善且具有超長的自旋馳豫長度，可用作具有彈道輸運特性的自旋傳輸通道。因此，將單壁碳納米管與磁性分子相結合構建性能優異、結構穩定的分子自旋電子器件是分子自旋電子學的重要研究內容。本項目以非平衡格林函式方法和密度泛函理論為主要理論計算工具，在局域自旋密度近似泛函、廣義梯度近似泛函、考慮自相互作用修正的局域自旋密度近似泛函三個層次考慮電子關聯效應的基礎上，以鐵系金屬環戊二烯夾心分子鏈、3d過渡金屬酞菁和Mn12三類典型磁性分子為例，定量分析磁性分子-碳管耦合方式與強度、有機官能團修飾、外加電場對以單壁碳納米管為電極的分子自旋電子器件自旋輸運特性和器件穩定性的影響，設計具有特定功能並且結構穩定的分子自旋電子器件，推動分子自旋電子器件的深入研究和實用化。
結題摘要
按照項目任務書中的研究計畫，我們利用非平衡格林函式與密度泛函理論相結合方法研究了吸附在單壁碳納米管側壁的金屬茂合物分子的自旋輸運特性，發現二茂鈷和二茂鎳分子能使碳管的輸運特性發生自旋極化；比較了氮雜環丙烷、吡咯烷和醯胺基三種有機連線基團對側壁吸附二茂鎳磁性分子的單壁碳納米管自旋輸運特性的影響，發現氮雜環丙烷能使碳納米管具有較高的自旋濾波特性從而更適於用作磁性分子與碳管之間的連線基團。還研究了與單壁碳納米管相關的單壁酞菁錳納米管、手性石墨烯納米帶、類石墨烯氮化碳的自旋極化特性。編寫了電流誘導力計算模組並實現了分子器件在非平衡條件下的原子結構馳豫，進而研究了單壁碳納米管側壁吸附的矽原子的電遷移現象，預測了矽原子在碳管側壁發生電遷移的原子構型和臨界電流值。基於苯環是單壁碳納米管的基本組成單元這一特點，研究了苯環-苯環、苯環-銀電極之間的耦合對輸運性質的影響。最後研究了反映分子器件中分子能級位置的轉變電壓譜的理論解釋，對於典型的分子器件獲得了與實驗測量值定量符合的理論計算結果從而闡明了轉變電壓的起源。在本項目執行三年間，共發表了SCI收錄論文10篇(其中影響因子大於3.0的論文7篇)，畢業博士研究生2名和出站博士後1名。
