《以石墨烯為電極的光敏分子開關理論設計與性能調控》是依託長沙理工大學，由范志強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：以石墨烯為電極的光敏分子開關理論設計與性能調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：范志強
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光敏分子開關可以通過光化學反應實現高低導電狀態的轉換，特點是回響時間短、可逆性好，將在未來信息存儲中發揮重要的作用。目前，光敏分子開關通常選取金屬材料作為電極，而以石墨烯為電極的研究報導還很少。石墨烯是迄今已知最薄的二維量子體系，具有結構穩定、導熱性好、調控方式多等特點，是構成光敏分子開關理想的電極材料。本項目利用基於非平衡格林函式和密度泛函理論相結合的第一性原理計算方法，研究偶氮苯、二芳烯等典型光敏分子與質樸石墨烯電極構成分子開關器件的電子結構和輸運性質。然後從調控石墨烯電極入手，定量地分析石墨烯電極寬度和手性、缺陷和形變、非對稱連線以及邊緣飽和原子取代對以石墨烯為電極的光敏分子開關電子輸運性質的影響，拓寬調控光敏分子開關電子輸運性質的途徑。在此基礎上，探尋新型光敏分子並設計出尺寸小、開關比高的開關器件，為推動光敏分子開關在信息存儲方面的深入研究和實用化提供理論基礎。
結題摘要
分子器件做為未來電子元件套用於原子級電路中有重要潛在意義，所以近幾年來越來越受到人們的關注。本項目著眼於這一研究前沿，深入探討光敏有機分子與石墨烯電極構成的分子開關器件的電子輸運性質。主要內容包括:分子器件輸運性質計算方案的研究；石墨烯納米帶手性以及石墨烯電極旋轉對器件電子輸運性質的影響；石墨烯電極不同自旋態對分子器件電子輸運性質的影響；分子-電極界面微結構及化學構成對器件電子輸運的影響；分子自身對稱性變化以及各種缺陷對器件電子輸運的影響；分子中的取代或摻雜等化學調控手段對器件電子輸運性質的影響等。我們的研究發現：利用石墨烯納米帶特殊的電子結構，分子開關的開關比可以在很寬的偏壓範圍內穩定存在，這個結果為提高分子開關的穩定性提供了很好的物理模型；扶手椅型石墨烯納米帶不同寬度具有不同的電子結構可以直接調控分子開關的開關比，因此可以作為調控分子開關器件性能的重要手段；利用鋸齒邊石墨烯的優秀自旋輸運性質，可以實現不同鐵磁態下的電流開關從而構造自旋開關器件；旋轉鋸齒邊石墨烯電極同樣可以有效地控制分子器件的電導形成效果良好的分子開關器件；對於特定的分子，單原子吸附也可以作為一種有效手段調控分子器件電子輸運性質構造成分子開關；分子自身不同的摻雜位置也是影響摻雜效果的重要因素不能忽略。存在於分子內部或者處於分子與電極連線處的缺陷都可以改變分子的電子結構從而調控分子器件的電導形成分子開關。以上研究結果著眼於分子開關，從設計，改性以及機理探討等多方面對分子開關進行了系統全面的研究，這些研究對於設計新型結構和功能的分子電子器件有重要的指導意義。
