نانومقیاس

نانومقیاس

تحلیل تزویج موثر و تاثیر هندسه الکترود در اتصال مولکولی الکترود-فولرن (C60 وB80): رویکرد فضای حالت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشکده مهندسی برق-دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
در این پژوهش، با استفاده از رویکرد فضای حالت، اثر هندسه و جنس الکترود بر تزویج فولرن‌های C60 و B80 به الکترودهای طلا و نقره بررسی شده است. این روش دارای هزینه محاسباتی پایین است و امکان مشاهده تأثیر دقیق ساختار الکترود بر میزان تزویج را فراهم می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که B80 در مقایسه با C60 تزویج مؤثرتری دارد، به‌طوری‌که تزویج آن به طلا حدود چهار برابر بیشتر است. همچنین، هر دو فولرن تزویج کمتری با نقره نسبت به طلا نشان می‌دهند. بررسی ساختار الکترودها نشان می‌دهد که الکترودهای حجمی قوی‌ترین تزویج را ایجاد کرده و میزان تزویج در آن‌ها تا چهار برابر بیشتر از انواع سطحی و خطی است. افزایش تعداد اتم‌های الکترود در راستای موازی با فولرن تزویج را افزایش داده، اما در راستای عمود بر فولرن تأثیر کمتری دارد. این نتایج در کنترل میزان تزویج بر اساس جنس، تعداد اتم‌ها و هندسه الکترود مؤثر بوده و می‌تواند در طراحی بهینه یکسوسازها، نانوحسگرها و سلول‌های خورشیدی مبتنی بر فولرن‌ها و سایر افزاره‌های الکترونیکی در مقیاس نانو مفید باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis of Effective Coupling and the Impact of Electrode Geometry on Electrode-Fullerene (C60 and B80) Contacts: A State-Space Approach

نویسندگان English

Majid Malek 1
Ehsan Rahimi 2
1 Faculty of Electrical Engineering, Shahrood University of Technology
2 Faculty of Electrical Engineering, Shahrood University of Technology
چکیده English

In this study, using the state-space approach, the effect of electrode geometry and material on the coupling of C₆₀ and B₈₀ fullerenes to gold and silver electrodes has been investigated. This method has a low computational cost and enables precise observation of the electrode structure’s impact on coupling efficiency. The results show that B₈₀ exhibits more effective coupling compared to C₆₀, with its coupling to gold being approximately four times stronger. Additionally, both fullerenes exhibit weaker coupling with silver than with gold. Examination of the electrode structures reveals that bulk electrodes create the strongest coupling, with coupling strength up to four times higher than that of surface and linear types. Increasing the number of electrode atoms in the direction parallel to the fullerene enhances coupling, whereas in the perpendicular direction, the effect is less significant. These findings contribute to the control of coupling efficiency based on electrode material, atomic count, and geometry, and can be beneficial in the optimal design of rectifiers, nanosensors, fullerene-based solar cells, and other nanoscale electronic devices.

کلیدواژه‌ها English

Effective coupling
Site-to-State Transformation
Electrode Geometry
C60 and B80 Fullerenes
[1] J. D. Meindl, Q. Chen, J. A. Davis, “Limits on Silicon Nanoelectronics for Terascale Integration,” Science, 293, 2044–2049, 2001. doi:10.1126/science.293.5537.2044
[2] C. Joachim, J. K. Gimzewski, A. Aviram, “Electronics Using Hybrid-Molecular and Mono-Molecular Devices,” Nature, 408, 541–548, 2000. doi:10.1038/35046000
[3] L. Lafferentz et al., “Conductance of a Single Conjugated Polymer as a Continuous Function of Its Length,” Science, 323, 1193–1197, 2009. doi:10.1126/science.1168255
[4] Y. Li, Z. Tan, Y. Zhang, “Recent Advances in Flexible Perovskite Solar Cells: Fabrication and Applications,” Adv. Mater., 35, 2209088, 2023.
[5] C. Jia, X. Guo, “Molecule-Electrode Interfaces in Molecular Electronic Devices,” Chem. Soc. Rev., 42, 5642–5660, 2013. doi:10.1039/c3cs35527f
[6] C. M. Goringe, D. R. Bowler, E. Hernández, “Tight-Binding Modelling of Materials,” Rep. Prog. Phys., 60, 1447–1512, 1997. doi:10.1088/0034-4885/60/12/001
[7] S. K. Maiti, “Quantum Transport through Mesoscopic Systems: Effect of Interactions, Disorder, and Magnetic Fields,” arXiv:0909.2024, 2009.
[8] O. Adak, R. Korytár, A. Y. Joe, F. Evers, L. Venkataraman, “Breakdown of Interference Rules in Azulene, a Non-Alternant Hydrocarbon,” arXiv:1504.00242, 2015.
[9] M. Brandbyge et al., “Density-Functional Method for Nonequilibrium Electron Transport,” Phys. Rev. B, 65, 165401, 2002. doi:10.1103/PhysRevB.65.165401
[10] T. Zelovich, L. Kronik, O. Hod, “State Representation Approach for Atomistic Time-Dependent Transport Calculations in Molecular Junctions,” J. Chem. Theory Comput., 11, 4861–4869, 2015. doi:10.1021/acs.jctc.5b00612
[11] J. Liu, L. Qiu, S. Shao, “Recent Advances in Organic Thermoelectric Materials and Devices,” J. Mater. Chem. C, 9, 16143–16161, 2021. doi:10.1039/D1TC04038C
[12] K. Kim, T. H. Lee, E. J. G. Santos, P. S. Jo, A. Salleo, Y. Nishi, Z. Bao, “Structural and Electrical Investigation of Solution-Processed Bottom-Gate Thin-Film Transistors Based on Layered Transition Metal Dichalcogenides,” ACS Nano, 9, 5922–5933, 2015. doi:10.1021/acsnano.5b00581
[13] M. A. Malik, M. Afzaal, P. O’Brien, “Precursor Chemistry for Deposition of Group 12 and 16 Chalcogenides,” J. Mater. Chem., 21, 12358–12362, 2011.
[14] H. He, R. Pandey, I. Boustani, S. P. Karna, “First-Principles Study of the Electronic Structure of One-Dimensional Boron Nanotubes,” arXiv:0809.2238, 2008.
[15] D. H. Kim, T. Kim, “Spin-Dependent Transport in Ferromagnetic Graphene Junctions,” J. Korean Phys. Soc., 66, 1499–1503, 2015.
[16] S. Datta, “Nanoscale Device Modeling: The Green’s Function Method,” Superlattices Microstruct., 28, 253–278, 2000. doi:10.1006/spmi.2000.0920
[17] T. Markussen, R. Rurali, M. Brandbyge, “Electronic Transport through Si Nanowires: Role of Bulk and Surface Disorder,” Phys. Rev. B, 74, 245407, 2006. doi:10.1103/PhysRevB.74.245313
[18] T. Ozaki, K. Nishio, H. Kino, “Efficient Implementation of the Nonequilibrium Green Function Method for Electronic Transport Calculations,” Phys. Rev. B, 81, 035116, 2010.
[19] I.-T. Lu, J. Park, J.-J. Zhou, M. Bernardi, “Ab Initio Electron-Phonon Interactions for Excited Carrier Dynamics and Transport in Semiconductors,” Comput. Mater., 6, 17, 2020.
[20] M. J. van Setten, F. Weigend, F. Evers, “The GW-Method for Quantum Chemistry Applications: Theory and Implementation,” J. Chem. Theory Comput., 9, 232–246, 2013. doi:10.1021/ct300648t
[21] C. Jin, M. Strange, T. Markussen, G. C. Solomon, K. S. Thygesen, “Quantum Interference Effects in Molecular Junctions: Combining Wave-Function Analysis with Nonequilibrium Green’s Function Transport Calculations,” J. Chem. Phys., 139, 184307, 2013. doi:10.1063/1.4829520
[22] T. D. Crawford, H. F. Schaefer III, “An Introduction to Coupled Cluster Theory for Computational Chemists,” J. Chem. Phys., 104, 6259–6278, 1996.
[23] G. Taubmann, “A Simple Introduction to Particle Physics Part II,” J. Chem. Educ., 69, 96–100, 1992. doi:10.1021/ed069p96
[24] L. Chen, T. Hansen, I. Franco, “Atomic Scale Design Principles for Single-Molecule Switches,” J. Phys. Chem. C, 118, 20009–20015, 2014. doi:10.1021/jp505771f
دوره 12، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 135-147

  • تاریخ دریافت 13 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 09 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 02 مرداد 1404