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单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应

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孙峰, 刘然, 索雨晴, 牛乐乐, 傅焕俨, 季文芳, 李宗良. 2019: 单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应, 物理学报, 68(17): 287-294. doi: 10.7498/aps.68.20190693
引用本文: 孙峰, 刘然, 索雨晴, 牛乐乐, 傅焕俨, 季文芳, 李宗良. 2019: 单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应, 物理学报, 68(17): 287-294. doi: 10.7498/aps.68.20190693
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Sun Feng, Liu Ran, Suo Yu-Qing, Niu Le-Le, Fu Huan-Yan, Ji Wen-Fang, Li Zong-Liang. 2019: First principle study on stretching and breaking process of single-molecule junction: Terminal group effect, Acta Physica Sinica, 68(17): 287-294. doi: 10.7498/aps.68.20190693
Citation: Sun Feng, Liu Ran, Suo Yu-Qing, Niu Le-Le, Fu Huan-Yan, Ji Wen-Fang, Li Zong-Liang. 2019: First principle study on stretching and breaking process of single-molecule junction: Terminal group effect, Acta Physica Sinica, 68(17): 287-294. doi: 10.7498/aps.68.20190693
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单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应

  • 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东省医学物理图像处理重点实验室, 济南 250358

First principle study on stretching and breaking process of single-molecule junction: Terminal group effect

  • 摘要: 基于密度泛函理论,研究了含S以及含N末端基团的分子结的拉伸与断裂过程.计算结果显示,对于尖端为锥形的金电极,当末端基团为—S时,拉断分子结的作用力大小为0.59 nN,大于H原子未解离的—SH从金电极上断裂所需的0.25 nN作用力,但明显小于—S末端从平面金电极上断裂下来的约1.5 nN的作用力.当末端基团是—NH2或—NO2时,分子结断裂所需拉力分别为0.45和0.33 nN.体系轨道分布表明,分子与电极通过前线占据轨道耦合后形成的扩展体系分子轨道离域性越好,拉断分子结所需的作用力越大.自然键轨道(natural bond orbital,NBO)分析显示,若分子末端与电极间未形成成键轨道,末端原子上更多的NBO净电荷可以提高分子与电极间结合的稳定性.结合我们以前的研究可以发现,—S末端和—NH2末端对金电极界面的微观构型具有明显的识别功能,这为精确操控并理解分子与金电极间的相互作用及界面结构提供了有用信息.
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出版历程

单分子器件的拉伸与断裂过程第一性原理研究: 末端基团效应

  • 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东省医学物理图像处理重点实验室, 济南 250358

摘要: 基于密度泛函理论,研究了含S以及含N末端基团的分子结的拉伸与断裂过程.计算结果显示,对于尖端为锥形的金电极,当末端基团为—S时,拉断分子结的作用力大小为0.59 nN,大于H原子未解离的—SH从金电极上断裂所需的0.25 nN作用力,但明显小于—S末端从平面金电极上断裂下来的约1.5 nN的作用力.当末端基团是—NH2或—NO2时,分子结断裂所需拉力分别为0.45和0.33 nN.体系轨道分布表明,分子与电极通过前线占据轨道耦合后形成的扩展体系分子轨道离域性越好,拉断分子结所需的作用力越大.自然键轨道(natural bond orbital,NBO)分析显示,若分子末端与电极间未形成成键轨道,末端原子上更多的NBO净电荷可以提高分子与电极间结合的稳定性.结合我们以前的研究可以发现,—S末端和—NH2末端对金电极界面的微观构型具有明显的识别功能,这为精确操控并理解分子与金电极间的相互作用及界面结构提供了有用信息.

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