مطالعه از اساس برخی از خواص ترابردی یک کلید مولکولی اثرمیدانی: دیدگاه الکترونیک درون مولکولی

صفری, رضا; هادی, حمید

doi:10.22036/cr.2021.281455.1141

مطالعه از اساس برخی از خواص ترابردی یک کلید مولکولی اثرمیدانی: دیدگاه الکترونیک درون مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

رضا صفری ¹
حمید هادی ²

¹ گروه شیمی (شیمی فیزیک)، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، ایران

² گروه شیمی (شیمی فیزیک)، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، ایران. گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

10.22036/cr.2021.281455.1141

چکیده

در این پژوهش به مطالعه از اساس (محاسباتی) برخی از خواص ترابردی الکترونی-ارتعاشی یک کلید ‌مولکولی اثرمیدانی پرداخته شد. از آنجائئ که سازوکار کلیدزنی (ON/OFF) این کلید مولکولی توسط اعمال میدان الکتریکی خارجی انجام می شود، بنابراین، مطالعه کوانتومی سازوکار انتقال محلی بار وانرژی در مقیاس اتمی و همچنین پیش بینی رفتار نمودار ولتاژ-جریان (I-V) این کلیدمولکولی اثرمیدانی با استفاده از نظریه اتم در مولکول(AIM) و نظریه لاندائور (LT) انجام شد. تحلیل این نتایج نشان داد زمانی که شدت میدان الکتریکی اعمالی به 0.006au افزایش می یابد، کلیدمولکولی درحالت روشن (ON) قرار می گیرد. به علاوه، در این پژوهش، اثر الکترود (طلا) بر برخی از خواص ترابردی این کلید مولکولی اثرمیدانی نیز مطالعه شد. تحلیل نتایج به دست آمده نشان داد که الکترودهای طلا نقش بسزایی در توزیع محلی بار و انرژی درون مولکولی و به تبع آن نمودار I-V این کلید مولکولی دارند. انتظار می رود، این گونه پژوهشهای از اساس کوانتومی (بدون استفاده از روشهای عددی مانند روشهای تابع گرین) بتواند افقهای جدیدی را در مطالعه کوانتومی قطعات مولکولی در مقیاس اتمی-درون مولکولی بگشاید.

چکیده تصویری

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Ab initio study on the some transport properties of a field-effect molecular switch: Intra- molecular electronics approach

نویسندگان [English]

Reza Safari ¹
Hamid Hadi ²

¹ Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Qom, Qom, I.R. Iran

² Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Qom, Qom, I.R. Iran

چکیده [English]

In this research, a ab initio (computational) study was performed on some electronic/vibrational transport properties of a field-effect molecular switch. Since the ON/OFF switching mechanism of this molecular switch is performed by applying an external electric field, therefore, quantum study of mechanism of charge/energy transfer (at atomic scale), and also predict the behavior of voltage-current (I-V) plot of this field-effect molecular switch were investigated, using atoms- in- molecule theory (AIM), and Landauer theory (LT). Analysis of these results showed that when the intensity of the applied electric field increases to 0.006au, the molecular switch is in the (ON) state. In addition, in this study, the effect of electrode (gold) on some transport properties of this field-effect molecular switch was also studied. Analysis of this results show that the gold electrodes play an important role in the local (intramolecular) charge and energy transfer, and consequently the I-V diagram of this molecular switch. It is expected that such ab initio quantum research (without the use of numerical methods such as Green's function methods) could open new horizons in the quantum study of molecular parts at the atomic-intramolecular scale.

کلیدواژه‌ها [English]

Molecular Nanoelectronics
Molecular Switch
Atoms- in- Molecule Theory (AIM)
Landauer Theory

مراجع

T. Mathew, F. Fang, Engineering 4 (2018) 760.
Philippe, S. Campidelli, P. Chenevier, V. Derycke, A. Filoramo, M. F. Goffman, Chimia(Aarau) 64 (2010) 414.
Ratner, Nature Nanotechnology 8 (2013) 378.
Kaur, S. Yadav, S. Singh, Nano Materials Basic Concepts and Applications 222 (2015) 99.
Chen, W. Wang, J. Klemic, M. A. Reed, B. W. Axelrod, D. M. Kaschak, A. M. Rawlett, D. W. Price, S. M. Dirk, J.M. Tour, D. S. Grubisha, D. W. Bennett, Ann N Y Acad Sci. 960 (2002) 99.
D. Ward, J. Chem. Educ 78(2001) 321.
Xin, J. Guan, C. Zhou, X. Chen, C. Gu, Y. Li, M. A. Ratner, A. Nitzan, Nature Reviews Physics 1 (2019) 211.
Jia, B. Ma, N. Xin, X. Guo, Acc. Chem. Res. 48 (2015) 2565.
Nano and Molecular Electronics Handbook; Wang, T. Lee, M. A. Reed,; CRC Press, Boca Raton, 2007.
T. Mathew, F. Fang, Engineering, 4 (2018) 760.
Nero, F.M. Souza, R. Capaz, J. Comput. Theor, Nanosci, 7 (2010) 503.
Li, K. Xu, X. Sun, Instrument. Sci. Technol. 48 (2020) 518.
Audi, V. Viero and et all., Nanoscale, , 12 (2020) 10127.
. Atoms in Molecules; F. W. Bader; Oxford University, U.K., 1995.
F. Matta, R. J. Boyd, The Quantum Theory of Atoms in Molecules, Wiley, Weinheim, 2007.
Noelia, M. L. Ana, Á. C. Luis, R. María, P. Andres, C. Juan, Nanoscale 3 (2011) 4003.
Salomon, D. Cahen, S. Lindsay, J. Tomfohr, V. B. Engelkes, C. D. Frisbie, Advanced Materials 15 (2003) 1881.
Molecular Switches; Feringa, B. L.; Wiley, Weinheim, 2007.
Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, et al., Gaussian 98, Gaussian, Inc. Pittsburgh, PA (1998).
Friedrich, D. Yang, G. Schonbohm, and R. W. F. Bader, Atoms in Molecules (AIM), McMaster University, Canada (2000).
Lin, J. Li, W. Wang, S. D. Liang, D. X. Yao, Scientific Reports 8 (2018)1674.