對奈米碳管電極間的分子結之第一原理研究

Abstract

早期傳統上探討穿透係數Transmission(電子在特定能量的傳輸效應)或電導率Conductivity(電子在整體能量的傳輸效應)大多針對以電極夾接塊材元件的系統是以電極間夾入塊材的系統，整體上，元件及電極仍維持晶體的性質。1980年代之後因製成技術的突破，而漸漸發展出奈米元件，或甚至是電極間以單一分子結 (single molecule junction銜接的系統)，這探討這些尺度小於電子平均自由徑的元件系統，必須考慮量子傳輸(quantum transport)的模型。 由於實驗上的方便，起初研究單一分子結多是以金屬當做電極。在之後有實驗做出以奈米碳管為電極的single molecule junction [1,2]，這樣的系統有別於在許多junction裡，金屬與分子間定義不清的鍵結，及不確定的幾何形狀，奈米碳管與分子間形成共價鍵的系統比較牢固，加上奈米碳管特有的quasi 1-dimension特性，使之更有研究價值。近年來對分子電子元件中量子傳輸的探討，是很受注目的課題， 本篇論文使用第一原理計算(ab-initio)探討奈米碳管電極間分子結的穿透係數，我們使用以密度泛函理論DFT(Density Function Theory)為架構的McDCAL(McGill-Device-CALculator)進行一系列的模擬分析。我們計算在chiral vector 為 (8,8) 的單層奈米碳管SWCNT(single wall Carbon Nano-Tube)之間以兩個等長的聚烯(polyene)分子構成的分子，然後和Tight binding理論計算的結果進行比對。而穿透係數是重要的基本特性之一，對分子電子元件的電流能有所了解，可用於I-V curve 的計算。