《氫鍵結合水納米結構的電子輸運性質》是依託中國人民大學，由季威擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氫鍵結合水納米結構的電子輸運性質
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：季威
- 依託單位：中國人民大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
材料中的相互作用包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵、以及較弱的氫鍵和更弱的范德華鍵等。雖然前期研究工作對由前三種典型原子間相互作用構築的材料特性及其在未來電子學中的套用都進行了較為全面的研究，但是人們對較弱相互作用（如氫鍵和范德華力）構築體系的電子學性質還知之甚少。.本項目擬初步嘗試回答氫鍵的導電性問題。選取H2O作為研究對象，採用第一性原理計算、分子動力學模擬、非平衡格林函式等方法研究以下內容：(1)幾種金屬和絕緣體表面上二維冰結構的電子能帶結構和色散關係、總結出基底元素種類、晶格常數、極性等對二維冰結構電子態色散關係的影響；（2）在絕緣體表面構築一類雙探針模型，研究絕緣體表面二維單層凍的電子輸運特性；（3）研究納米電極間水分子在外場下的動力學行為，探索其可能形成的（準）一維納米結構，並研究這些結構的電子輸運特性。通過這些具體研究，探索氫鍵構築體系在未來電子學材料中可能的套用。
結題摘要
項目研究了分子間氫鍵的本質和氫原子在分子輸運結中的作用。預測了黑磷、PtS2、PtSe2、並五苯少層等的力學、光學和電學特性；揭示了其層間耦合機制。發現了黑磷的氧化機制，建立了MoS2中缺陷和製備方法、遷移率的關聯。提出了有機功能分子在絕緣體表面的相互作用機制；研究了幾種有機功能分子與金屬表面的相互作用機制。具體地，項目首次在實空間觀察到氫鍵等分子間相互作用，提出了適用於建立不同化學鍵的原子力顯微成像機制及其差異來源的新理論，確認了氫鍵的部分共價性質。預言了少層黑磷的能隙隨層數變化（1.5 eV – 0.35 eV），發現了其光的線性二色性、高載流子遷移率、直接帶隙、各項異性、負泊松比、強電聲耦合、氧化機制等；提出了一種強層間電子耦合機制（磷準鍵）。拓展了過渡金屬硫族化合物到Pt族，預言了其大氣穩定性、層數可調的間接帶隙和半導體—半金屬轉變、高載流子遷移率等。發現了有機功能分子與NaCl/KBr表面的相互作用主要為靜電相互作用。易極化分子則容易與絕緣體表面發生雜化。發現了H原子價態可以顯著影響分子輸運結的電導，H陽離子與H分子兩個狀態可以實現超過一個數量級的電導轉變。發現了glycine在Cu表面由氫鍵網路直接形成的近自由電子態，其有效質量與實驗測量一致。 項目在高水平期刊上發表論文21篇，其中16篇項目負責人為通訊作者。發表Science 1篇、Nature子刊2篇、PRL 1篇、ACS NANO 2篇、Advanced Materials 1篇等7篇高端論文。上述論文發表情況，超額完成項目計畫書預期成果。此外，還支持國產期刊，在Science China和Frontiers of Physics受邀發表論文兩篇。此外，項目執行期參加國內、國際會議並做邀請報告數十次，與國際多個研究組保持著長期合作。參與組織了幾次國際會議和講習班。項目論文入選ESI熱點論文1篇、高被引論文5篇；項目研究成果入選2013中國科學十大進展；項目論文入選2014、2015中國百篇最具影響國際期刊論文。
