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第一性原理的DFT计算在新型纳米器件设计中有着重要的作用，也面临着一定的挑战。目前普遍使用的第一性原理方法并不包含范德华力，在进行器件设计时常常导致错误的结果，为此抑制了材料设计的正确性和有效性。本文应用GGA+PEB的泛函方法，通过vdWsurf方法来进行色散力修正，对单个尿嘧啶分子在Rh（111）表面上的吸附进行第一性原理计算。对其结构和电荷密度的分析表明，尿嘧啶在金属表面的吸附结构能在不同位置具有不同的吸附状态，具有成为分子开关的潜力。为实验和工业界理解和设计分子开关提供理论依据。lf0066
关键词 密度泛函理论 分子开关 尿嘧啶 色散力修正
Abstract
The DFT calculation of the first principle has an important role in the design of a new type of nano devices.and it also faces some challenges.The first principle method, which is widely used at present, does not include the vdW,often lead to erroneous results in device design.In this paper,Density-functional theory calculations were carried out with the VASP using the GGA+PBE+vdWsurf method to study adsorption of single uracil molecule on Rh(111).Thereby reversible transitions between different adsorption configurations may occur without changing the location of themolecule on the surface, which makes uracil a good candidate for molecular switch applications.The study provides theoretical basis for the understanding and design of molecular switches in the experimental and industrial fields.
Keywords Density functional theory Molecular switch Uracil Dispersion force correction
目 次
1 引言1
1.1 分子电子学的发展2
1.2 有机-无机界面杂化的研究背景3
1.3 尿嘧啶的研究背景3
1.4 本课题的内容、研究对象和目标4
2 研究方法5
2.1 密度泛函理论5
2.1.1 密度泛函理论的早期发展5
2.1.2 Kohn-Sham方程6
2.1.3 交换关联泛函7
2.1.4 色散力修正8
2.2 DFT应用前景9
2.3 VASP软件包9
3 结果与分析11
3.1 结构优化与能量计算11
3.1.1 结构优化11
3.1.2 能量计算15
3.1.3 结果分析15
3.2 电荷转移15
结 论19
致 谢20
参 考 文 献21
1 引言
近年来，电子设备的微型化得到了工业界和科学界一致的关注，然而在超大规模集成电路等方面仍存在很多亟需解决的问题。在科学研究领域，作为未来硅基电子器件的替代者，分子器件受到了研究人员的青睐。当分子器件的尺寸缩减到nm级时，电子的波动性变得显著，此时，影响器件性能的主要因素是分子体系热力学统计的变化，通过传统的电子器件工作原理设计出的分子器件将无法正常工作。此外，随着工艺的复杂化，制造成本的提升，都不利于高效益生产。因此，当务之急便是探究新型分子器件。
随着微电子学的不断深入地研究，以及电子器件的微型化趋势，通过单分子来实现多种功能的电子器件已经是大势所趋，并极具发展潜力。分子开关是一种新型分子器件，它可以在两个或两个以上的稳定状态间进行可逆的转变，使电导性质发生变化。作为未来百年间数据存储与逻辑组件的基础单元，分子开关正受到了各方研究人员的关注[1]。由于界面材料的的微观结构很大程度上影响着其功能特性，新型纳米器件的设计制约于如何准确地从理论预测吸附结构。然而，精确描述界面结构和作用机制是十分复杂的，仍是新型纳米器件设计所面临的巨大挑战之一。