石墨烯电极弯折对2-苯基吡啶分子器件负微分电阻特性的调控和机理

采用非平衡格林函数结合密度泛函理论探讨了以锯齿型石墨烯纳米带为电极、2-苯基吡啶分子为中心区的分子器件电子输运性质.分析I-V特性及透射谱随偏压的变化表明,电极弯折能够调控器件负微分电阻特性,使器件峰值电压(V_(p))减小、电流峰谷比(PVR)增大,当电极弯折角度为15°时,器件获得低峰值电压(0.1 V)、高电流峰谷比(12.84)的负阻特性.平衡态下器件的透射谱、态密度、散射态实空间分布图及投影态密度解释了器件负阻特性被调控源于电极弯折使器件中心分子与电极间的波函数交叠发生变化,导致两者间耦合减弱.弱耦合下外加偏压后,器件的透射系数因能级移动和偏压的变化而产生大幅波动,使器件在低偏置电压处即出现大的透射系数,产生峰值电流Ip,降低了器件的V_(p),且增大了PVR值,其所获得的低V_(p)、高PVR的负阻特性在低功耗分子电子领域具有潜在的应用前景.

氢空位簇调控锗烷的电子结构和分子掺杂

锗烷因其合适的带隙、较高的电子迁移速率、较好的环境稳定性、较小的电噪声和超薄的几何结构,有望取代现有硅基或锗基材料成为下一代半导体器件的理想载体.基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理方法,研究了不同构型和浓度的氢空位簇对锗烷电子结构及锗烷中四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene,TTF)分子掺杂性能的影响.计算结果表明,不同构型氢空位簇的引入可诱导Germanane Dehydrogenated-x H(GD-xH)体系产生不同性质的磁性,且磁矩大小亦与Lieb定理的预测结果相符,并能在G_(D-x H)(x=1,4,6)体系自旋向下的能带结构中实现由缺陷态引起的类p型半导体掺杂效应,其电子激发所需的能量则会随着体系脱氢浓度的升高而不断降低.吸附TTF分子后,G/TTF和G_(D-xH)/TTF(x=1,2,6)体系表现出分子掺杂效应,且G_(D-x H)/TTF(x=1,6)体系因分子轨道与缺陷态的杂化作用,可在自旋向上与自旋向下的能带结构中形成不同的掺杂类型.进一步的量子输运计算还表明,Armchair和Zigzag类型的锗烷基器件表现为明显的各向同性,且TTF分子吸附所导致的载流子掺杂可大幅提高其I-V特性.

锂离子电池富锂锰基三元材料中氧空位簇的形成:第一原理计算

采用第一原理方法计算了两种不同镍含量的锂离子电池富锂锰基三元正极材料Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)(空间群为R3m)和Li_(1.167)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.5)O_(2)(空间群为C2/m)中氧空位簇的形成能.结果表明,含镍量较少的Li_(1.167)Ni_(0.167)Co_(0.167)Mn_(0.5)O_(2)正极材料中氧空位簇的形成能总是高于含镍量较多的Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)材料中的氧空位簇形成能,这说明含镍量较高的正极材料中氧空位簇更容易形成.无论是含镍量较高的富锂锰基材料,还是含镍量较少的同类材料,过渡金属边上的氧空位簇的形成能总是大于锂离子附近空位簇的形成能,说明氧的脱去更趋向于在Li离子附近发生.较低的温度和较高的氧分压会使氧空位簇的形成能增加,从而抑制氧空位簇的形成.此外,还计算了空位簇边上的过渡金属原子被其它过渡金属原子(Ti和Mo)替位后的氧空位簇形成能.结果表明,除了Li_(1.2)Ni_(0.32)Co_(0.04)Mn_(0.44)O_(2)材料中双氧空位V_(2O-Li)附近的Ni元素被Ti替位外,其余情况下过渡金属Ni和Mn分别被Ti或Mo替位后均能够增大VnO-Li空位簇的形成能,故替位点缺陷的掺杂有抑制氧的损失和提高材料的结构稳定性的作用.

导线非共线的分子器件输运性质的第一性原理研究

分子器件是电子器件向小体积化发展的极限,分子器件中的电子在输运过程中体现出明显的量子效应,分子导线与分子接触的位置和导线间的角度等器件结构因素都会对分子器件的输运性质产生较大的影响.迄今为止,尚未见利用第一性原理量子输运计算方法研究导线非共线的分子器件输运性质的报道.本文以金-苯(硫醇)-金结构的分子器件为例,利用基于非平衡格林函数理论和密度泛函理论的第一性原理量子输运计算方法对其输运性质进行了系统研究,特别注重于研究随着非共线导线间导线夹角角度的变化及导线和苯(硫醇)分子接触位置的不同对器件输运性质的影响.计算表明,金导线与苯(硫醇)的接触位置及导线的夹角等器件结构细节不仅能够定量地影响金-苯(硫醇)-金分子器件的电流大小,还能够定性地改变器件的输运性质,使得部分器件结构出现负微分电阻效应.研究结果对全面理解分子器件的输运性质具有一定的指导意义.

阳离子调控对卤化物固态电解质性能的改善

三元锂金属卤化物作为极具潜力的固体电解质材料受到人们的广泛关注.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了一系列具有不同Li离子浓度的Li_(x)YCl_(3+x)(x=2.14,3.00,4.20)和Li_(x)YBr_(3+x)(x=1.8,3.0,5.0)材料的结构、电子性质和迁移特性.研究结果表明,Li离子和Li空位浓度的变化对材料的性能有显著影响,而且随着x值的增加,Li离子的含量增加,相应的Li空位浓度降低,结构的稳定性增强、带隙增大、离子迁移能垒降低,从而可以调控该类材料的性能.此外,计算结果进一步表明,在所有考虑的结构中,具有最佳Li离子与Li空位平衡的Li_(3)YCl_(6)和Li_(3)YBr_(6)组分展现出最高的结构稳定性、最大的带隙和最低的迁移能垒.本文为设计性能更好的卤化物固态电解质提供了一种新策略和新思路.