Теоретическое исследование электронного транспорта в молекулярном одноэлектронном транзисторе

• Автор: Герасимов, Ярослав Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.04, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Содержание

Список сокращений

Общая характеристика работы

Глава 1. Введение

1.1. Молекулярная электроника, перспективы

1.2. Основы теории коррелированного туннелирования электронов

1.3. Одноэлектронный транзистор

1.4. Способы создания одноэлектронных транзисторов

1.5. Применение одноэлектронных устройств

1.6. Молекулярный одноэлектронный транзистор

1.7. Модель системы и используемые понятия

1.8. Эффективные аналоги классических параметров при описании нанообъектов
1.9. Постановка задачи
Глава 2. Определение эффективной взаимной емкости для молекул
2.1. Емкость в классической электростатике
2.2. Собственная емкость объектов наномасштаба
2.3. Метод определения взаимной емкости молекулярных объектов
2.3.1. Основа метода
2.3.2. Иерархия взаимодействий двух молекул
2.3.3. Учет прямых электростатических взаимодействий в системе из
двух молекул
2.4. Емкость пары одинаковых молекул
2.4.1. Порядок расчета
2.4.2. Результаты расчета емкости и обсуждение
Глава 3. Исследование связи энергетических спектров молекул с транспортными характеристиками одноэлектронных транзисторов на их основе
3.1. Квантовый расчет энергетических спектров молекул
3.2. Параметризация электронного спектра молекул

3.3. Определение полной энергии молекул
3.4. Метод имитационного моделирования транспортных характеристик
молекулярного одноэлектронного транзистора
3.5. Способ задания параметров модели
3.6. Результаты расчета транспортных характеристик одноэлектронного
транзистора для малых молекул
Глава 4. Электронный транспорт в одноэлектронном транзисторе на основе золотых наночастиц
4.1. Золотые наночастицы и задача их моделирования для ОМТ
4.2. Квантовый расчет стабильных изомеров наночастиц золота при
различном количестве атомов золота
4.2.1. Критерии выбора квантового метода расчета и базиса волновых
функций
4.2.2. Выбор квантового метода расчета
4.2.3. Базисы волновых функций
4.2.4. Порядок расчета изомеров золотых наночастиц
4.2.5. Результаты квантовых расчетов для наночастиц золота
4.2.5.1. Емкость золотых наночастиц
4.2.5.2. Энергетические параметры золотых наночастиц
4.2.5.3. Одночастичный энергетический спектр золотых наночастиц
4.3. Влияние лигандов на свойства золотых наночастиц
4.3.1. Додекантиол
4.3.2. Оценка количества лигандов, способных присоединиться к
металлополиэдру
4.3.3. Влияние лигандов на собственную емкость нанокластера
4.3.4. Влияние лигандов на энергетический спектр
4.4. Метод параметризации энергетических спектров золотых наночастиц с
лигандной оболочкой
4.4.1. Параметрическая модель спектра полных энергий
4.4.2. Модель учета возбужденный состояний

4.4.3. Алгоритм параметризации энергетических характеристик и
схема туннельных событий
4.5. Расчет транспортных характеристик ОМТ на основе золотых наночастиц
4.5.1. Наночастица из 13 атомов золота размером 0.8 нм
4.5.2. Наночастица из 33 атомов золота размером 1.1 нм
4.5.3. Возбужденные состояния наночастицы размером 1.1 нм при электронном транспорте через нее в ОМТ
4.5.4. Сравнение экспериментальных транспортных характеристик с рассчитанными для золотой частицы размером 5.2 нм
Заключение
Благодарности
Список литературы
Приложение

емкости сферы в вакууме, для характерной зарядовой энергии Ес получим выражение:
Ес = —— = — , (1.11)
с 8 ле0Я 2Д
Я - радиус сферы в атомных единицах, Ен - атомная единица энергии, Хартри, Ен = 27.212 эВ. Выражения 1.11 и 1.10 показывают, как изменяются характерное междууровневое расстояние и Кулоновская энергия в энергетическом спектре с изменением размера устройства. Для частицы размером 2/?= 10 нм - Д ~ 6 х 10“5 эВ, Ес ~ 0.14 эВ; для частицы размером 2Я = I нм Д ~ 0.06 эВ, Ес ~ 1-44 эВ.
Таким образом, среднее расстояние между энергетическими уровнями становится сравнимым с кулоновской энергией проводника при размерах уже менее 1 нм, т.е. порядка атомных. Уже при комнатной температуре (Г = 300 К) энергия Ес намного больше энергии термических флуктуаций квТ ~ 25 мэВ. В связи с
неоднородностью одночастичного энергетического спектра молекул, обусловленные дискретностью особенности электронного транспорта могут наблюдаться и в объектах с большими размерами. В одиночных молекулах энергетический спектр изменяется за счет взаимодействия электронов с ядрами, что приводит к формированию молекулярных орбиталей с расстоянием между уровнями Д, характерным для каждого отдельного вида молекул. Также на спектр молекулы в той или иной степени влияет электростатическое окружение (электроды, подложка).
В случае, когда среднее расстояние между элекгронными энергетическими уровнями острова транзистора по порядку величины равно кулоновской энергии острова
Д ~ЕС
ортодоксальная теория коррелированного туннелирования электронов не пригодна для описания электронного транспорта, поскольку в этой теории одним из основных является условие непрерывности энергетического спектра электронов.
Электронный транспорт в ОМТ в режиме слабой связи
Когда уширение уровней из-за взаимодействия с проводниками мало (Г <к £с, Д), система находится в режиме слабой связи (также обсуждается в разделе 1.7). Схемы большинства разрабатываемых М8ЕТ принципиально не отличаются от представленной на Рис. 1.6а. На практике это может выглядеть, как на Рис. 1.66 — фотография