外场控制下分子纳米结的电荷输运研究

分子纳米结中的电荷输运问题是分子电子学研究中的热点问题。在外场作用下分子纳米结的电荷输运呈现许多新奇的特点，如电流开关效应等。本项目针对分子与两个纳米金属电极相连接的结构，采用密度矩阵理论与分子的电子振动态相结合的理论方法对外场作用下分子纳米结的顺序电荷转移过程展开研究，计算随时间变化的外场作用下分子纳米结中电流形成过程及其瞬间行为，分析不同外场激发下激子态的产生、电极表面的等离激元与传导电荷的相互作用问题。探讨电荷输运与外场的响应过程以及光致电流开关过程中电极状态的改变、电极表面等离激元的形成过程等，同时研究外场作用下分子内的非平衡态振动分布和能量转移对电荷输运的影响，进而揭示外场作用下分子纳米结的电荷输运和能量转移的动力学规律，为研制和开发分子电流开关器件提供理论基础和指导，推动分子电子学的发展。

本项目针对外场作用下的分子导电纳米结系统、分子与半导体的异质结系统、分子与金属纳米粒子的耦合系统中的电荷输运和能量输运动力学过程做了理论研究，获得了一系列有科学意义的结果。具体地，应用密度矩阵理论研究了光激发作用下分子纳米结中非弹性电流的振动效应和瞬间电流，发现了电荷注入的特征时间、振动驰豫时间以及光激发的开启和关闭时间之间的关系，考虑金属电极与分子单聚体的能级匹配研究了单聚体中的弗伦克尔激子态对分子纳米结中非弹性电流的影响；应用紧束缚近似和偶极-偶极近似研究了分子中电荷注入到半导体过程中的等离激元增强效应，分析了金属纳米粒子的距离、位形、能级劈裂、共振态、外场的极化方向以及外场平均对增强效应的影响；项目的开展对提高染料太阳能电池的注入效率、研制和开发分子电流器件提供了理论基础和参考。