| 4. 计算结果
4.1单分子结的伏安特性研究
为了探索电子在单分子内的输运过程，我们首先利用单分子连接的形式，即构型（a），把分子放置在两个金电极之间，并进一步研究了电极压力对单分子电输运性质的影响. 由于硫醇分子由刚性很强的σ键组成，在外加压力下分子干链很难被压缩产生形变，而分子膜在外加压力下形变的主要原因是自组装硫醇分子相对于衬底的倾角发生改变，因此我们采用不同的倾角 从定性上来模拟压力的改变，不同的倾角对应不同的压力，压力越大倾角越大，根据文献[15,16]的实验结果这种模拟是合理的. 图2给出了利用弹性散射格林函数方法计算的不同倾角下（ ）单分子构成的分子结的电流与电导随外界电压的变化情况.
图2 扩展分子伏安特性（单分子）
从图中可以看出，随压力的增大，单分子导电性能增强，这与实验预测不同，压力的改变同样影响电子在分子内的链内隧穿过程，分析原因，由于分子主链没有改变，而随倾角的变化，两电极的距离随 变短，导致了分子与两电极的耦合增强，从而使导电性能增强. 为了说明这一点，图3给出了分子与两个金电极的相互作用能随倾角的变化情况， 分别代表分子和两个电极. 从中可以清楚地看出，随压力的增加，分子与两个金电极的相互作用能明显增强，这势必会影响到电子在分子内的隧穿过程.
图3 单分子与电极的相互作用能
4.2 双分子结的伏安特性研究
在上述计算中得到的单分子电子输运特性随外界压力的变化趋势尽管与实验结果十分符合，但得到的电流大小却相差很大，理论计算的结果比实验结果小3-4个数量级. 分析原因，一方面是由于实验中用的电极曲率半径为50nm, 实际上测量的是几十个甚至几百个分子的电流，考虑到此原因计算电流仍要比实验结果小2-3个数量级；另一方面，测量的许多研究已经表明，电子以隧穿的方式通过分子膜，且电荷在分子膜内存在两种输运机理:链内隧穿与链间隧穿，而单分子计算没有考虑链间隧穿，由于实际测量的电流应是多个分子，分子之间的相互作用将对电子的输运产生重要的影响. 为了模拟电子输运的链间隧穿机理，我们采用图1中的构型（b），电极间用两个分子相连，两分子平行放置，其他参量与研究单分子时相同. 图4给出了不同倾角下分子结的电流与电导随外界偏压变化情况.
图4 扩展分子伏安特性（双分子）
从图中可以看出，与单分子结导电能力相比，一方面电流大小增加了近3个数量级，而不是简单的单分子结电流相加，另一方面，分子的导电能力随倾角变化趋势与前面论述相同，其结果与实验结果相比，定量上符合得较好. 这说明，对硫醇自组装膜分子来说，分子之间的相互作用对分子膜的导电能力影响很大. 分析分子间相互作用对电子输运特性的影响，主要有两个方面的原因，一是链间隧穿的影响，二是由于分子间相互作用改变了分子结的能级分布及分子轨道的扩展性.
为了更清楚的与实验结果比较，图5给出了外界偏压为1V时，两种构型分子结电流随压力的变化曲线，其中横坐标为角度，从中可以看出，两种构型电流均随外界压力增加而增大，而考虑了分子间相互作用的双分子构型从数值上来说与实验结果符合的更好.
图5 扩展分子电流随外界压力的变化（偏压=1V）
5 结论
利用密度泛函理论和弹性散射格林函数方法，我们对硫醇分子膜的电学特性进行了理论模拟和从头计算，为了比较分子膜电输运特性随外加压力的变化，我们采用不同的倾角来定性模拟压力的改变，经计算发现，随着外加压力的增加，每个分子结的电导均显著增加，即分子结的导电能力随着压力增加而增加，这与实验结果相符. 对单分子构成的分子结来说，电流的增加主要是由于电极距离的变化导致单个分子与电极的耦合增强；而对于由多个分子构成的分子膜来说，根据前面的讨论，归结原因有三点，一是由于电极距离的变化导致单个分子与电极的耦合增强，二是由于压力的原因导致分子链间的距离随变小，分子链间的相互作用增强，改变了分子轨道的扩展性，以上两点导致电子在分子链内的隧穿几率增大，从而导致导电能力增强，三是由于分子链间的距离变小，导致分子膜链间的隧穿电流变大，从而引起整个分子自组装膜电流的增加. 该工作将有利于未来分子器件的设计。免费论文，烷烃硫醇分子。免费论文，烷烃硫醇分子。免费论文，烷烃硫醇分子。免费论文，烷烃硫醇分子。
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