摘要：近几年来,有机场效应晶体管在材料和器件方面都取得了长足的进展,成为分子电子学的一个重要方向。本文从有机半导体材料设计、有机半导体器件的构筑、单分子电子器件和纳米管在电子器件中的应用等方面,简单综述了有机场效应晶体管和分子电子学的最新研究进展。

摘要：围绕“分子电子学”这一核心，按计划开展了各项研究工作，在高性能分子体系的设计与合成、低维分子材料的制备、有机单晶微纳米器件、高性能分子材料器件和分子电路的基础问题等几个方面取得许多有创新意义的成果，圆满完成了各项研究任务。

摘要：分子尺度电子学是利用单个分子或分子单层组装体作为活性单元来实现电子学功能的一门前沿科学领域.基于自组装单分子膜(SAMs)的分子器件在分子电子学的实用化道路上具有很大的发展潜力与应用前景.目前,SAMs功能器件的研究仍处于起步阶段,其性能还有很大提升空间.本文首先评述了SAMs器件的构筑方法,针对直接蒸镀金属顶电极会对SAMs造成破坏的问题,介绍了3类软接触电极,包括液态金属、导电高分子和石墨烯顶电极;然后以固态光开关器件为例介绍了近年来功能器件上的一些新进展,分子优化设计对于提升器件响应活性具有重要意义;同时总结了共轭聚合物SAMs器件的制备方法和性能,通过合理的结构设计,共轭聚合物能进行电荷的长程输运,并有望提供比小分子更优异的光电功能;最后讨论和展望了未来的发展方向.

摘要：传统硅基半导体器件受到了量子尺寸效应的限制,发展分子电子学器件有可能解决这一难题.本文提出了由石墨烯电极和有机噻吩分子相结合构造分子器件的思想,建构了"石墨烯-噻吩分子-石墨烯"结构的分子器件,并运用非平衡态格林函数结合密度泛函理论的方法研究了其电输运特性.系统地分析了电子给体"氨基"和电子受体"硝基"两种取代基的位置对有机噻吩分子电输运的影响.计算表明,有机噻吩二聚物被"氨基"和"硝基"取代后会产生明显的负微分电阻效应和整流效应.进一步对产生这些效应的物理机制进行分析,发现氨基的位置可以调整负微分电阻的强弱,硝基的位置可以改变整流的方向.

摘要：纳米石墨烯作为一类重要的有机半导体材料在分子电子学、自旋电子学和光电子学中有着广泛的应用前景1–3。化学家利用设计的分子前驱体在溶液中自下而上地合成了众多具有不同尺寸和边界结构的纳米石墨烯分子4,为精细调控纳米石墨烯的电学性质提供了途径。但是溶液法合成过程经常受到副反应的影响,限制了目标产物的产率和提纯5,6。

摘要：从第一性原理出发 ,利用密度泛函理论计算了分子 2 氨基 5 硝基 1,4 二乙炔基 4 苯硫醇基苯与金原子团形成的分子线的电子结构 ,从轨道、能级及吸附电子三个方面讨论了电场对分子线电子结构的影响。该工作将有利于未来纳米电子学器件的设计。

摘要：针对氮化多孔石墨烯纳米带(C_(2)N-h2D)性质单一,应用范围严重受限问题,设计了左右带宽比分别为WL∶WR=1.5∶1.0,WL∶WR=2.0∶1.0和WL∶WR=2.0∶1.5等3种非对称式锯齿型zC_(2)N-h2Ds结构。应用非平衡格林函数与密度泛函理论相结合的第一性原理方法,研究了其电输运性质。结果表明:非对称式结构会显著改善C_(2)N-h2D纳米带的输运性能。3种非对称式结构都呈现出了优异的负微分电阻效应(NDR)和整流特性。其中WL∶WR=1.5∶1结构下的输运性能最优,其电流的峰谷比高达272.3;在施加偏压Ub=0.2 V时,最大整流比高达Rmax=17.824×103。为设计和制备基于C_(2)N-h2D纳米带的纳米级NDR器件和整流器件提供了一定的理论指导。

摘要：发展了一套理论方法用于描述分子线的伏-安特性.在该弹性散射Green 函数方法中,分子的电子结构和分子与金表面的相互作用能常数决定了分子线的伏-安曲线.从第一性原理出发利用密度泛函理论计算了4,4’-二巯基联苯分子的电子结构,并利用了前线轨道理论和微扰理论定量地确定了该相互作用能常数.研究结果表明当含有硫氢官能团的有机分子化学吸附于金表面时,硫原子将与金原子形成以共价键为主的混合键,此时扩展的分子轨道使分子线的电导呈现出欧姆特性.而对于局域的分子轨道,此时电子的输运只能通过隧道效应来实现.对分子线伏-安特性的计算结果显示,在零偏压附近,存在一个电流禁区.随着偏压的增加,分子线的电导呈现出平台特征.该工作将有利于未来的纳米电子学器件的设计.

摘要：本文选取4,4′-二巯基联苯分子通过终端S原子化学吸附于两Au原子团簇形成分子结,利用从头计算方法和弹性散射格林函数理论研究了该分子两苯环之间不同位置取向对分子能级结构以及该分子结伏安特性的影响.计算结果表明苯环扭转角增加会使分子能级发生不同程度的移动,从而引起最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)的间距增大.扭转角增大也会导致分子轨道的扩展性变差,从而使体系的导电性能降低.当扭转角为90度时,体系的导电性能最差.该工作有利于未来分子电子学器件的设计.

摘要：为了在分子电路水平实现减法运算,按照固态电子学组合逻辑原理,提出了一种基于聚亚苯基分子器件的二进制减法器(包括半减器和全减器)逻辑电路的设计。这种单分子电路是用聚亚苯基分子逻辑门的分子结构代替组合逻辑中非门、与门和XOR门,再用Tour分子线作为框架,同时考虑有机分子的形状和连接产生的几何和空间排列的约束条件,用Hartree-Fock(HF)从头算方法优化得到,其结构尺寸是传统固态电子电路的百万分之一。这种分子减法器电路的实现对分子电子学发展有重要的意义。