単一分子電気伝導、非弾性トンネル分光、誘起反応の理論と第一原理計算

单分子电传导、非弹性隧道光谱、诱导反应理论和第一性原理计算

• 批准号: 20027002
• 负责人: 中村 恒夫
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20027002/
• 关键词: 量子細線; 計算物理; ナノコンタクト; 表面界面物性; 走査プローブ顕微鏡; 量子細線; 計算物理; ナノコンタクト; 表面界面物性; 走査プローブ顕微鏡

本研究では単一分子、ナノワイヤーでの電気伝導、非弾性散乱過程を統合的に扱う、第一原理に基づいた理論計算シミュレーション手法を開発し、実装することを目標とし、理論計算の立場からナノリンク分子の設計やその性質について提言ができるような理論及びプログラムの開発、実装、適用を目的としている。H21年度においては、H20年度に引き続き非弾性電流計算、非弾性電子トンネリング分光(IETS)計測を第一原理計算に基づき解析可能とする理論形式と手法の開発と実在系への適用を行った。STM-IETSは、様々な"電極/分子/電極"系に対しその測定が行われ、スペクトル形状、吸着構造のプローブ、活性(振動)モードの選択則が議論されており、その表面分光計測方法としての有用性が認識されている。また活性モードによる非弾性電流が電子トンネリングのpathwayを表しているという可能性も指摘されてきた。一方で、赤外やラマン分光との対応関係や選択則に対しては、従来のサイト電荷応答モデルでは全く説明できないラマン・IR禁制モードのIETS応答が理論計算からは得られている。本研究で我々は、非弾性電流計算、電子-分子振動結合定数においても、2D-BZサンプリングが可能なように、我々独自のプログラムを拡張し、架橋分子や分子膜でのI-V特性、非弾性電流、IETSだけでなく、サイトでの電子移動経路や振電状態移動経路までKeldysh形式により第一原理から決定する方法を提唱した。low-conductance系に対し、吸着分子での赤外、ラマン選択性と、IETS活性の関係をより系統的に求めるために、分子デバイスへの「内部置換(ドーピング)」の概念をとりいれ、計算から置換による伝導経路やエネルギー移動経路の歪みを計算し、またIR/Raman-IETS相関が一般的には(全対称のような明確なモードでも)成立しないことを示した。

这项研究旨在开发和实施第一个基于原理的理论计算模拟方法，该方法在单分子和纳米线中综合地涉及电传导和非弹性散射过程，并旨在从理论计算的角度开发，实施和应用理论和程序，以提出可以提出纳米林分子设计和性能的理论和程序。在2009财年，如2008财年，理论形式和方法允许基于第一原则计算分析无弹性电流计算和非弹性电子隧穿光谱（IETS）测量，并将其应用于现实世界中。已经在各种“电极/分子/电极”系统上测量了STM-EITS，并且已经讨论了光谱形状，吸附结构探针的选择规则，并且已经讨论了活动（振动）模式，并且已经识别出其作为表面光谱测量方法的有用性。还指出，由活性模式引起的非弹性电流代表电子隧穿的途径。另一方面，理论计算提供了Raman IR禁止模式中的IETS响应，而常规站点电荷响应模型和理论计算无法解释这些响应。在这项研究中，我们扩展了自己的程序，以实现2D-BZ采样，以进行非弹性电流计算和电子 - 分子振动耦合常数，并提出了一种方法，不仅可以确定交联分子和分子膜中的I-V特性，还使用弹性电流和IETS状态传递路径，还可以确定分子膜中的I-V特性。 In order to more systematically determine the relationship between infrared and Raman selectivity in adsorbed molecules and IETS activity, the concept of "internal substitution (doping)" into molecular devices was adopted, and the distortion of conduction and energy transfer paths due to substitution was calculated from the calculations, and also showed that IR/Raman-IETS correlations generally do not hold (even in clear modes such as total symmetry).