周围空气分子吸附对单分子自旋逻辑门功能性影响的理论研究

单分子自旋逻辑门是分子自旋电子学中重要的功能器件之一.本文将两个二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子通过碳原子链相连然后再通过碳原子链连接到(4,4)单壁碳纳米管电极以构成单分子自旋逻辑门器件.利用第一性原理方法研究了周围空气分子吸附对所设计单分子自旋逻辑门器件功能性的影响.理论计算结果表明,所设计的单分子器件根据对输入和输出信号定义的不同可以实现AND、NOR或XNOR逻辑运算功能.将其置于空气中时,CO2气体分子的吸附不影响器件的逻辑运算功能.相反,当O2、N2或H2O分子吸附时,器件不再具有上述逻辑运算功能.进一步分析发现,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与吸附CO2气体分子间相互作...

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Published in:化学物理学报（英文版） 2023, Vol.36 (6), p.707-716
Main Authors: 张广平, 孙云哲, 史妮萍, 于朝杰, 孔雅琦, 黄惠, 王子群
Format: Article
Language:Chinese
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Description
Summary:单分子自旋逻辑门是分子自旋电子学中重要的功能器件之一.本文将两个二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子通过碳原子链相连然后再通过碳原子链连接到(4,4)单壁碳纳米管电极以构成单分子自旋逻辑门器件.利用第一性原理方法研究了周围空气分子吸附对所设计单分子自旋逻辑门器件功能性的影响.理论计算结果表明,所设计的单分子器件根据对输入和输出信号定义的不同可以实现AND、NOR或XNOR逻辑运算功能.将其置于空气中时,CO2气体分子的吸附不影响器件的逻辑运算功能.相反,当O2、N2或H2O分子吸附时,器件不再具有上述逻辑运算功能.进一步分析发现,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与吸附CO2气体分子间相互作用很弱,分子器件费米能级附近的电子态几乎不受影响.然而,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与O2、N2或H2O分子间相互作用较强,导致分子器件费米能级附近的导电态远离费米能级,从而使自旋向上和自旋向下的电子都不导通,进而使逻辑运算功能失效.研究工作表明,周围空气中的气体分子吸附对单分子器件功能性具有重要影响.
ISSN:1674-0068
DOI:10.1063/1674-0068/cjcp2212176