金屬茂基單分子自旋極化輸運性質的理論研究

《金屬茂基單分子自旋極化輸運性質的理論研究》是於景新為項目負責人，河南工業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬茂基單分子自旋極化輸運性質的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於景新
• 依託單位：河南工業大學

項目摘要

利用磁性分子本身的磁特性實現自旋功能是分子自旋電子學研究的一個重要方面。金屬茂基單分子具有獨特的夾心型結構，因其適宜作為自旋載體而成為磁性分子中廣受關注的材料之一。已有的研究表明，某些單茂金屬分子除了可以產生巨磁電阻及自旋過濾效應外，還兼具自旋閥功能，在自旋電子學器件方面具有巨大的套用潛力。本課題擬採用密度泛函理論和非平衡態格林函式相結合的方法，針對其自旋過濾效應的微觀機理開展一系列的研究：建立兩極金屬茂基磁性單分子系統的微觀模型，研究實現自旋過濾的條件及單分子隧穿結中的電子輸運行為；探討界面對自旋過濾效率的影響；通過計算不同條件下的自旋注入比，分析確定系統的自旋極化效率；進而深入理解分子的自旋極化輸運機制。本項目旨在深入研究兩極單分子系統中自旋過濾效應的物理機制和行為特性，為設計具有實用功能的自旋過濾器提供參考，同時為理解磁性分子中自旋極化輸運的相互作用提供理論指導。

結題摘要

金屬茂基單分子具有獨特的夾心型結構，非常適宜作為自旋載體。然而，針對這種自旋載體輸運性質的研究，很多方面還不夠深入、系統，包括自旋極化輸運本身在內的一些微觀機理還不是很清楚。鑒於此，本項目使用DFT結合NEGF方法研究了Au(100)-金屬茂基磁性單分子-Au(100)的自旋電子輸運性質，並重點考慮了連線方式、界面等可能對自旋電子輸運性質的影響，取得的主要研究進展、重要結果和關鍵數據等如下： ⑴採用非平衡格林函式和密度泛函理論相結合的方法計算了五種不同構型Au-S3-Au分子結的電子輸運性質，結果表明兩種幾何構型存在局域最小，一種是兩端頂位連線的直鏈，另一種是一端是空位連線一端是頂位連線的三角型構型。S3直鏈分子結具有大的零偏壓電導及線性的I-V變化曲線，輸運係數主要來自HOMO峰的共振，伏安特性曲線在0.2V左右發生明顯的斜率變化。三角形S3開鏈分子結的電導值相對來說較小，這些結果說明S3團簇和電極之間的耦合較弱，費米能級附近的輸運係數平且無明顯特徵。 ⑵通過密度泛函理論和非平衡態格林函式的方法對碳原子鏈和Au電極之間直接鍵合以及通過Ｓ原子和電極鍵合兩種構型進行了研究。兩種構型的電導均呈現奇偶振盪的特點，且隨原子鏈末端不同原子的耦合強度變化不大，整體來說表現出穩定的奇偶振盪性質。另外本文也通過計算偏壓下，以及微分電導和二階電導分別對奇偶鏈進行了比對，奇數鏈和偶數鏈之間表現出了明顯的差異。 ⑶研究了採用非平衡態格林函式和密度泛函相結合的方法研究了茂基單分子連線在Au(100)面的電子輸運性質。三種茂基單分子（二茂鐵，二茂鈷，二茂鎳）的結構沿著輸運方向，兩個Cp環之間的距離跟理論和實驗值相比較變長。我們發現二茂鎳分子的電導要遠大於其他兩種分子，同時我們也計算了三種分子從-1.0V-0.8 V時發生了負微分電阻效應，而二茂鎳則沒有。計算結果顯示三種分子的差別主要來自分子本身自由電子數目的差異。