微型化? 电子器件在过去的几十年里持续微型化,由于 技术和经济原因,难以再延续下去 *光刻技术达到物理分辨率约70nm的极限 *另一方面,新工艺设备的成本指数增长 top-down vS bottom-up 1974年 Ratner提出分子器件概念 *随着STM,IBM、AT&T和 Siemens资助下兴起 *近年来由于极限将至,研究又受到极大的重视 *重要意义:分子电子器件→下一代电子器件? * bottom-即p技术还能够整个地改变电子器件的概念 该领域的研究仍然处于初始阶段 *真正意义上的分子电子器件刚刚在实验室实现 0.10.0.68/ inche 量子输运理论基础
10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 6 微型化？ • 电子器件在过去的几十年里持续微型化，由于 技术和经济原因，难以再延续下去 * 光刻技术达到物理分辨率约70nm的极限 * 另一方面，新工艺设备的成本指数增长 * top-down vs. bottom-up • 1974年Ratner提出分子器件概念 * 随着STM，IBM、AT&T和Siemens资助下兴起 * 近年来由于极限将至，研究又受到极大的重视 * 重要意义：分子电子器件下一代电子器件？ * bottom-up技术还能够整个地改变电子器件的概念 • 该领域的研究仍然处于初始阶段 * 真正意义上的分子电子器件刚刚在实验室实现
核心问题:非线性Ⅰ关系? D (Pd) (Pd)交 D(Pd) 纳米器件 SiO2 0.3u 分 Central region Ri 子器件 0.10.0.68/ inche 量子输运理论基础
10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 7 核心问题：非线性I~V关系？ • 纳 米 器 件 • 分 子 器 件
量子输运理论发展的几个重要阶段 非自洽方法,紧柬缚方法 M.A. Ratner, Chem. Phys. Lett. 29, 277(1974) 该工作最早提出分子器件概念 第一性原理超原胞方法,仅电导率 Choi and Ihm, PRB 59, 2267(1999) · Lippman-Schwinger近似,第一性原理,边界 用 matching方法,但电极一般用 jellium模型 s Lang and Di Ventra, PRL84, 979(2000 非平衡态格林函数方法,第一性原理,DFT * Taylor,Guo,PRB63,245407(2001) 0.10.0.68/ inche 量子输运理论基础
10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 8 量子输运理论发展的几个重要阶段 • 非自洽方法，紧束缚方法 * M. A. Ratner, Chem. Phys. Lett. 29, 277 (1974) ， 该工作最早提出分子器件概念 • 第一性原理超原胞方法，仅电导率 * Choi and Ihm, PRB 59, 2267 (1999) • Lippman-Schwinger近似，第一性原理，边界 用matching方法，但电极一般用jellium模型 * Lang and Di Ventra, PRL84, 979 (2000) • 非平衡态格林函数方法，第一性原理，DFT * Taylor, Guo, PRB 63, 245407 (2001)
分子电子器件的计算机模拟 器件的电极是半无限的, Bloch定理不能用; Green函数可以处理半无限问题 *可以精确描写表面束缚态(真空和体内都处在禁带中) 和表面共振态(真空处在禁带,体内处在允许能带中) *但由于 Green函数方法不是能量本征值方法,非常 耗费时间,很少在第一性计算中用来研究表面问题 *对于量子输运问题,涉及到电极,需要半无限地处 理电极,因此, Green函数方法引起重视 电极上有不同电压,是个非平衡态问题? 0.10.0.68/ inche 量子输运理论基础
10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 9 分子电子器件的计算机模拟 • 器件的电极是半无限的，Bloch定理不能用； • Green函数可以处理半无限问题 * 可以精确描写表面束缚态(真空和体内都处在禁带中) 和表面共振态(真空处在禁带，体内处在允许能带中) * 但由于Green函数方法不是能量本征值方法，非常 耗费时间，很少在第一性计算中用来研究表面问题 * 对于量子输运问题，涉及到电极，需要半无限地处 理电极，因此，Green函数方法引起重视 • 电极上有不同电压，是个非平衡态问题？ * ？
交叉学科→涉及很多学科研究的基础 本专题仅关心量子输运的理论(不涉及实验制备) MIESOSCOPIC PHYSICS AIS T ELECTRICAL INORGANIC ENGINEERINO A CHEMISTRY MATERIAL ORGANIC SCIENCE CHEMISTRY BIOLOGY 0.10.0.68/ inche 量子输运理论基础
10.107.0.68/~jgche/ 量子输运理论基础 10 交叉学科涉及很多学科研究的基础 • 本专题仅关心量子输运的理论(不涉及实验制备)