ビフェニルジチオール自己組織化単位分子分子電子機器の立体構造と電荷輸送特性：マルチスケール計算研究

（sqrt.3 x sqrt.3）r30度の包装比で、Au（111）電極の間にサンドイッチされた（sqrt.3 x sqrt.3）r30度の単層の立体構造と電荷輸送特性の計算研究を報告します。AU（111）基質上に最大100分子を備えたBPDT自己組織化単層（SAMS）の力分子分子およびアニーリングシミュレーションから、エネルギー的に有利なヘリンボーン型SAMパッキング構成と、それほど安定しない並列パッケージパッキングを特定します構成。両方のSAMは、2つの分子を含む（2SQRT.3 x SQRT.3）R30度ユニットセルによって記述されています。その後の密度官能理論では、（i）分子チルト角シータを持つヘリンボーンSAMの1つの単位セルの計算が約15度、（ii）約30度のシータを持つヘリンボーンSAM、および（iii）シータと約30度の平行SAM、ヘリンボーンパッキング構成は平行したものよりも安定していることを確認しますが、ヘリンボーンパッキング内の分子の傾斜に関するエネルギーの変動は非常に小さいことがわかります。次に、これらのSAMを上部AU（111）電極でキャップすることにより、3つの分子電子デバイスモデルを準備し、Matrix Greenの関数アプローチ内でそれらのコヒーレント電荷輸送特性を計算します。次に、電流電圧（I-V）曲線は、Landauer-Buttikerフォーミュラを介して取得されます。低バイアス電圧（| v | <or = 0.2 V）では、モデル（ii）と（iii）のI-V特性が類似しており、モデルの電流は（ii）および（（）よりも小さいことがわかります。iii）。一方、高バイアス電圧（| v |>または0.5 V）では、3つのモデルのI-V特性は、異なるフェニルバンド構造による顕著な違いを示しています。したがって、低バイアス電圧領​​域におけるBPDT SAM I-V特性は、主に個々の分子電極と極突起の接触内の-AU [修正]相互作用によって決定され、分子内の立体構造と分子間相互作用の両方がBPDT SAM I-V特性に影響を与える可能性があると結論付けています。高バイアス電圧領​​域。

We report a computational study of conformations and charge transport characteristics of biphenyldithiol (BPDT) monolayers in the (sqrt.3 x sqrt.3)R30 degrees packing ratio sandwiched between Au(111) electrodes. From force-field molecular-dynamics and annealing simulations of BPDT self-assembled monolayers (SAMs) with up to 100 molecules on a Au(111) substrate, we identify an energetically favorable herringbone-type SAM packing configuration and a less-stable parallel packing configuration. Both SAMs are described by the (2sqrt.3 x sqrt.3)R30 degrees unit cell including two molecules. With subsequent density-functional theory calculations of one unit cell of the (i) herringbone SAM with the molecular tilt angle theta approximately 15 degrees , (ii) herringbone SAM with theta approximately 30 degrees , and (iii) parallel SAM with theta approximately 30 degrees, we confirm that the herringbone packing configuration is more stable than the parallel one but find that the energy variation with respect to the molecule tilting within the herringbone packing is very small. Next, by capping these SAMs with the top Au(111) electrode, we prepare three molecular electronic device models and calculate their coherent charge transport properties within the matrix Green's function approach. Current-voltage (I-V) curves are then obtained via the Landauer-Buttiker formula. We find that at low-bias voltages (|V| < or = 0.2 V) the I-V characteristics of models (ii) and (iii) are similar and the current in model (i) is smaller than that in (ii) and (iii). On the other hand, at higher-bias voltages (|V| > or 0.5 V), the I-V characteristics of the three models show noticeable differences due to different phenyl band structures. We thus conclude that the BPDT SAM I-V characteristics in the low-bias voltage region are mainly determined by the -Au [corrected] interaction within the individual molecule-electrode contact, while both intramolecular conformation and intermolecular interaction can affect the BPDT SAM I-V characteristics in the high-bias voltage region.