室温溶液中ナノリンク分子の電気伝導特性の第一原理計算

室温溶液中纳米链分子电导率特性的第一性原理计算

基本信息

批准号：
20027003
负责人：
渡邉聡
金额：
$ 2.05万
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

项目摘要

単一分子架橋構造の伝導特性は理論・実験両面から盛んに研究されてきたが、室温・溶液中で興味深い実験データが多数報告されているにもかかわらず、これに対応する理論解析はあまりされていなかった。そこで本研究では、室温・溶液中での単一分子架橋系の安定性・伝導特性を第一原理計算で解析して、その振る舞いと物理を明らかにすることを目標に研究を進めた。標準的な第一原理分子動力学計算とその結果得られた原子配置に対する非平衡グリーン関数法による伝導特性計算という方法で前年度に金電極間ベンゼンジチオール(BDT)分子の水中での構造および伝導度を解析したが、本年度はフェノールジチオール(PDT)単分子架橋について同様の解析を行い、同じ計算条件で得られたコンダクタンスヒストグラムの形状に大きな違いがあることを見出した。この違いの物理的な意味については検討中であるが、BDT分子が疎水性であるのに対し、PDT分子は親水性の水酸基(OH)を含んでいることと関係していると推測される。次に、非平衡グリーン関数法による分子動力学・伝導特性の一貫計算という、世界的にまだ報告例のほとんどない計算方法についても、水中の金電極間ベンゼンジチオール分子についての前年度の予備計算を踏まえ、計算をさらに進めた。バイアス電圧印加によるコンダクタンスヒストグラムの変化(高コンダクタンス側へのシフト)および分子位置のシフト(負極側S原子が電極から離れる方向へ、正極側S原子が電極に近づく方向へ)を見出した。また当初の計画外だが、領域内の実験グループのデータに刺激を受け、単一分子架橋系におけるスピンフリップ非弾性電流を簡単なモデルで解析し、フリップ確率が分子に含まれる金属原子種に大きく依存していることを明らかにした。

单分子交联结构的导电性能在理论和实验上都得到了广泛的研究，但尽管在室温和溶液中报道了大量有趣的实验数据，但很少有相应的理论分析。 t。因此，在本研究中，我们旨在利用第一性原理计算来分析单分子交联系统在室温和溶液中的稳定性和传导特性，并阐明其行为和物理性质。去年，我们使用标准第一原理分子动力学计算和使用非平衡格林函数方法计算所得原子构型的传导性质计算，研究了水中金电极之间的苯二硫醇（BDT）分子的结构和传导。今年，我们对酚二硫醇（PDT）的单分子交联进行了类似的分析，发现相同计算条件下得到的电导直方图的形状存在较大差异。这种差异的物理意义仍在研究中，但推测与BDT分子是疏水性的，而PDT分子含有亲水性羟基(OH)有关。接下来，关于使用非平衡格林函数法（一种在世界范围内尚未报道的计算方法）对分子动力学和传导特性进行一致计算，我们将介绍去年对水中金电极之间的苯二硫醇分子的初步计算。在此基础上，我们进一步进行了计算。我们发现电导直方图发生了变化（向更高电导移动），分子位置也发生了变化（负极侧的 S 原子远离电极的方向，以及负极侧的 S 原子远离电极的方向）。由于施加偏置电压，正极侧接近电极）。尽管最初没有计划，但我们受到现场实验组数据的启发，并使用简单的模型分析了单分子交联系统中的自旋翻转非弹性电流，很明显他对此有依赖性。