بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش خواص ساختاری و ترابری الکترونی مولکولهای الیگوتیوفن با طول های مختلف 3 - و5و7 حلقه - را با استفاده از نظریه تابع چگالی به همراه دستاورد تابع گرین غیر تعادلی بررسی میکنیم. ازمحاسبات خواص الکترونی مشاهده گردید که با افزایش طول و تعداد حلقه مولکولهای تیوفن، مقدار انرژی گاف ترازهای - HOMO – LUMO - و انرژی کل، روند کاهشی دارد. همچنین ضریب انتقال در ولتاژ صفر و منحنی جریان - ولتاژ برای مولکواهای تیوفن محاسبه گردید. نتایج بیانگر این است که گاف و میزان هدایت الکتریکی با افزایش طول مولکول کاهش مییابد.
مقدمه
در حال حاضر تحقیقات وسیعی روی استفاده از مولکولهای آلی به عنوان قطعات الکترونیکی در حال انجام است. در الکترونیک اسپینی - اسپینترونیک - اطلاعات با استفاده از چرخش ذاتی الکترونها که اسپین نامیده میشود، کدگذاری میشوند. مزیت این روش این است که حتی هنگام قطع جریان برق، اسپین الکترونها حفظ میشود، بدین ترتیب بدون استفاده از انرژی میتوان اطلاعات را به صورت غیرفرار ذخیره کرد.[1] در اسپنترونیک مولکولی از مولکولهای آلی به خاطر ساختار قابل کنترلشان، وجود جفت شدگی الکترون- فونون قوی[2]، ارزان بودن، انعطاف پذیربودن وهمچنین طول همدوسی اسپینی بزرگی که نسبت به فلزات و نیمرسانا های معدنی رایج دارند، بعنوان واسطه یا کنترل سیگنال اسپینی قطبیده مورد استفاده قرار میگیرد.
[3] ترکیبات آلی شناخته شده ساختمان گوناگونی دارند و بسیاری از این ساختمان ها واجد سیستم حلقوی هستند. اگر سیستم حلقوی متشکل از اتمهای کربن وحداقل یک عنصر دیگر باشد این ترکیب به عنوان هتروسیکل طبقه بندی میشود. هتروسیکلها دسته مهمی از ترکیبات آلی می باشند و دارای کاربردهای گسترده ای هستند. تیوفن یک ترکیب هتروسیکل آروماتیک است که شامل چهار اتم کربن و یک اتم گوگرد می باشد. آنالوگهای تیوفن شامل فوران و پیرول می باشند که در آنها اتم S جایگزین O و NH شده است. تیوفن بوسیله ویکتور میر در سال 1883 به عنوان یک جزء باقیمانده در بنزن کشف شد. تیوفنها ترکیبات هتروسیکل مهمی در شیمی آلی به شمار می روند.
در میان پلیمرهای رسانای الکتریسیته، پلی تیوفن ومشتقات آنها به دلیل دارا بودن خواص خوب نوری، الکتروشیمیایی و مغناطیسی از جایگاه بسیار مهمی برخوردار بوده و گسترهی کاربردی زیادی دارند. از جمله کاربردهای مهم و متداول این نوع پلیمرها استفاده در ساخت سلولهای خورشیدی[4] دیودهای گسیلنده نور آلی [5]، سنسورها و دیگر وسایل الکترونیک است. کاربردهای متنوع و همچنین هزینه های ساخت بسیارپایین این دسته ازپلیمرهای رسانا از دلایل توجه ویژه به این مواد است وهمچنین تهیهی این پلیمرها در ابعاد نانو ساده تر نسبت به تهیهی ذرات فلزی در این ابعاد است. از ویژگی های مهم این دسته از پلیمرها، خواص الکترونی واپتوالکترونیکی آنها می باشد. هدف این پژوهش بررسی هدایت الکتریکی طلا/الیگوهای تیوفن - 3و5و/ - 7طلا است.
روش محاسبه
در این پژوهش خواص ساختاری ، الکترونی و ترابردی برحسب نظریه تابع چگالی - 6] - DFTو[7 توسط کد محاسباتی سیستا [8-9] - SIESTA - که بر پایه تابع گرین غیر تعادلی - NEGF - [10] استوار است، محاسبه شده است. در این کار از تقریب شیب تعمیم یافته - GGA - با تابعی [11] PBE بهره گرفته شده است. مولکولهای تیوفن با 3، 5 و7 حلقه تیوفنی از طریق گروههای گوگرد با طول پیوند S-Au، 1/9 آنگستروم [12] به سطح - 100 - fcc طلا اتصال مییابد. در شکل1 ساختار سیم مولکولی مدل سازی شده برای طلا/الیگوتیوفن/طلا نشان داده شده است.
بحث ونتایج
در این پژوهش ابتدا ساختار الکترونی مولکولهای تیوفن با طولهای متفاوت را مورد بررسی قرار دادهایم. تغییرات ترازهای انرژی HOMO - انرژی بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده - ، LUMO - انرژی پایینترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده - ، گاف انرژی ساختارهای مولکولی - HOMO - LUMO - وانرژی کل محاسبه شده در جدول1 خلاصه شده است. ساختار نواری الکترونی این مولکولها در شکل2 نشان داده شده است. از شکل پیداست که وقتی تعداد حلقه ها تیوفن افزایش مییابد گاف انرژی کاهش مییابد و همچنین انرژی کل هم رو به کاهش میباشد وبه حالت پایدار تری میل میکند. پس از محاسبه ساختار وخواص الکترونی مولکولهای تیوفن، میخواهیم خواص ترابردی این مولکولها را که به سطح fcc - 100 - طلا - شکل - 1 متصل شده است را بررسی کنیم.
