分子結的電聲輸運及熱電轉換的理論研究

《分子結的電聲輸運及熱電轉換的理論研究》是依託同濟大學，由柯三黃擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：分子結的電聲輸運及熱電轉換的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：柯三黃
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

熱電效應提供了一種在溫差和電能之間直接轉換的簡便方法，可為日益增長的能源需求提供一種既方便又清潔的重要補充途徑。要提高其轉換效率就需要抑制熱輸運同時.增強電輸運，但兩者之間很強的關聯性使得在傳統的體材料中要實現高效率(ZT＞1)非常困難。分子結和納米結構的使用為克服這一困難提供了新希望。一方面，結構失配引起的附加聲子散射可以有效地抑制熱輸運，另一方面通過對分子結電子態的人工裁剪可實現電子的共振彈道輸運或Fano 共振，從而大大增強其電輸運。不同分子結構形的巨大多樣性為實現高效熱電轉換提供了巨大的可能性。本項目將致力於兩方面的工作，一是發展建立一套較完整的電聲輸運及熱電轉換的第一性原理計算方法和計算程式，二是對分子結的熱電效應進行理論計算研究。將深入研究分子結電子態的調控和電極的特性對熱電效應的影響，理解其中的物理機制，得出提高其效率的途徑。

結題摘要

分子結及納米器件是未來器件小型化的主要方向，而單分子器件的使用則是其物理極限，分子結及納米體系的電子、聲子的量子輸運行為是納米科學包括分子電子學研究的核心課題之一。分子結及納米結構中的電聲輸運過程只能通過量子力學來描述。現階段，理論和計算研究扮演著極其重要的作用，可以幫助理解其中的基本科學問題、揭示實驗背後的物理機制、以及進行器件的理論設計。本項目的研究內容包括兩個方面：（1）發展一套基於全量子力學理論的專業計算軟體，用於研究分子結和納米結構中的電子和聲子的量子輸運行為及其熱電轉換特性，（2）對一些具體的新型的分子結和納米器件進行具體的數值計算研究。主要的研究結果包括：（1）基於非平衡格林函式理論和密度泛函理論，本項目成功地自主開發了一個研究分子結及納米結構中量子電聲輸運及熱電轉換的專業軟體（GPET），並對其進行了全面的算法和代碼的最佳化以及MPI（Message Passing Interface）並行化，（2）對一系列新的分子結和納米結構的電聲輸運行為進行了全量子力學的計算研究，解釋了相關的實驗現象並對相關的器件套用提供了理論基礎和指導。