GaAs纳米结点电子输运性质的第一性原理计算.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 13 (2014) 137303 GaAs纳米结点电子输运性质的第一性原理计算 柳福提 程艳 陈向荣 程晓洪 1)(宜宾学院物理与电子工程学院, 宜宾 644007) 2)(四川大学物理科学与技术学院, 成都 610064) 3)(宜宾学院计算物理四川省高校重点实验室, 宜宾 644007) ( 2014 年1 月14 日收到; 2014 年3 月18 日收到修改稿) 运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法, 对GaAs 团簇与两半无限Au(100)-3 3 电极以顶位对顶 位、顶位对空位、空位对顶位、空位对空位四种不同耦合形貌构成的Au-GaAs-Au 纳米结点电子输运性质进行 了理论计算. 对结点在不同距离下的结构进行了几何优化, 模拟了结点拉伸直至断裂的过程. 计算结果得到 四种构型结点在两极距离分别为1.389 nm, 1.145 nm, 1.145 nm, 0.861 nm 时, 结构最稳定. 对于各稳定结构, Ga-As 键长分别为0.222 nm, 0.235 nm, 0.227 nm, 0.235 nm, 其平衡电导分别为2.33 , 1.20 , 1.90 , 1.69 , 结点具有很好的电子输运性质. 在1.2—1.2 V 的电压范围内, 所有结点的电流- 电压都表现出近线 性关系. 关键词: 电子输运, 纳米结点, 砷化镓 PACS: 73.63.Rt, 62.23.Eg, 81.16.Ta DOI: 10.7498/aps.63.137303 况. 从理论上模拟实验情景, 理解分子器件的几何 1 引 言 构型、电子结构与电子输运性质之间的关系, 解释 实验结果就具有重要的意义. 单分子结是一个开放 近年来, 随着分子自组织生长、扫描隧穿显微 系统, 分子和电极间的相互作用使得原来分立的分 镜(STM)操纵测量等纳米科学技术的发展, 越来越 子能级发生移动与展宽, 分子与电极之间的电荷转 多的各种功能分子器件被制备出来. 把分子连接到 移改变了空间的电势分布, 电子通过结点的输运是 加了偏压的两个电极上就组成了一个基本的两端 一个复杂的非平衡量子力学过程14 . 理论工作者 分子器件1 , 由于尺寸效应, 许多有趣的新现象如 发展了各种计算方法对许多分子与电极构成的纳 量子化电导、非线性电流- 电压、负微分电阻、电子 米结点进行了广泛地研究1520 , 为量子输运机理 开关等被观察到27 . 这些新物理特性在未来逻辑 的理解、实验现象的解释提供了重要的参考. 8 电路和存储器件中有重要应用价值 , 因此分子器 在微电子技术领域有重要应用的GaAs 半导体 件的电子输运特性成为现代量子输运研究的热点 材料, 其团簇的结构与性质吸引了许多研究者的兴 问题912 . 选择合适的分子加以剪裁和组装, 构建 趣, 如Senger 等21 对GaAs 原子链的结构进行了 不同构型的结点, 就能实现许多崭新的功能13 . 在 22 研究, Zhang 等 对(GaAs) ( = 2—4) 的电子 实验上, 人们可以利用