Выпуски

 / 

2020

 / 

том 18 / 

выпуск 3

 



Скачать полную версию статьи (в PDF формате)

E. G. Petrov
«Barrier and Superexchange Models for the Analysis of Tunnelling Current in Molecular Junctions ‘Metal–Molecular Wire–Metal’»
649–662 (2020)

PACS numbers: 05.60.Gg, 73.40.Gk, 73.63.Nm, 81.07.Nb, 85.65.+h

Із використанням модифікованого суперобмінного моделю одержано аналітичні вирази, які є зручними для аналізи тунельного струму через молекулярний провід, що складається з реґулярного ланцюжка, з’єднаного з електродами кінцевими групами. Розглядається режим омічного тунелювання, в якому кінцеві групи працюють як контактні бар’єри, а взаємодія ланцюжка з електродами параметризується з врахуванням коефіцієнтів ширини. Аналітичні вирази для струму показують, що за певних співвідношень між ключовими суперобмінними параметрами ці вирази збігаються за формою з виразами для струму, які можна одержати в рамках бар’єрного моделю та стандартного суперобмінного моделю. Таким чином показано умови застосовности двох останніх моделів. Так, бар’єрний модель може використовуватися для аналізи вольт-амперних характеристик молекулярного проводу за наявности сильно делокалізованих молекулярних орбіталей ланцюжка, у той час як стандартний суперобмінний модель працює за сильної локалізації молекулярних орбіталей, тобто за «глибокого» тунелювання. Модифікований суперобмінний модель демонструє також, що чисто експоненційне спадання струму із збільшенням кількости ланок ланцюжка з’являється, починаючи з певної довжини ланцюжка, й істотно залежить від величини фактора згасання. Ілюстрацію результатів проведено для ланцюжків, які складаються з одноцентрових і двоцентрових одиниць, що повторюються. Для таких ланцюжків, окрім виразів для коефіцієнтів згасання, одержано формули для передекспоненційних факторів і показано, що оцінка контактного струму шляхом апроксимації вольт-амперної характеристики проводу до можливого значення струму за нульової довжини ланцюжка фізично невиправдана. Для оцінок контактного струму мінімальна внутрішня довжина проводу має містити дві структурні одиниці ланцюжка.

Keywords: electronic transport, tunnelling, molecular wire, superexchange, non-resonant current


References
1. A. Aviram and M. Ratner, Molecular Electronics: Science and Technology (NewYork: New York Academy of Sciences: 1998).
2. Introducing Molecular Electronics (Eds. G. Cuniberti, G. Fagas, and K. Richter)(Berlin: Springer: 2005).
3. J. C. Cuevas and E. Scheer, Molecular Electronics: an Introduction to Theoryand Experiment. 2 nd Edition (Singapore: World Scientific: 2013).
4. R. M. Metzger, Chem. Rev., 115, No. 11: 5056 (2015); https://doi.org/10.1021/cr500459d.
5. L. Venkataraman, J. E. Klare, I. W. Tam, C. Nickolls, M. S. Hybertsen, andM. L. Steigerwald, Nano Letters, 6, No. 3: 458 (2006); https://doi.org/10.1021/nl052373+.
6. N. Koch, Chem. Phys. Chem., 8, No. 10: 1438 (2007); https://doi.org/10.1002/cphc.200700177.
7. D. Xiang, X. Wang, Ch. Jia, T. Lee, and X. Guo, Chem. Rev., 116, No. 7: 4318(2016); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00680.
8. V. B. Engelkes, J. M. Beebe, and C. D. Frisbie, J. Am. Chem. Soc., 126, No. 43:14287 (2004); https://doi.org/10.1021/ja046274u.
9. F. C. Simeone, H. J. Yoon, M. M. Thuo, J. R. Barber, B. Smith, andG. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 135, No. 48: 18131 (2013); https://doi.org/10.1021/ja408652h.
10. E. Wierzbinski, X. Yin, K. Werling, and D. H. Waldeck, J. Phys. Chem. B, 117,No. 16: 4431 (2013); https://doi.org/10.1021/jp307902v.
11. M. Baghbanzadeh, C. M. Bowers, D. Rappoport, T. Zaba, L. Yuan, K. Kang,K.-C. Liao, M. Gonidec, P. Rothemund, P. Cyganik, A. Aspuru-Guzik, andG. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 139, No. 22: 7624 (2017); https://doi.org/10.1021/jacs.7b02770.
12. J. G. Simmons, J. Appl. Phys., 34, No. 6: 1793 (1963); https://doi.org/10.1063/1.1702682.
13. H. M. McConnel, J. Phys. Chem., 35, No. 2: 508 (1961); https://doi.org/10.1063/1.1731961.
14. M. A. Rampi and G. M. Whitesides, Chem. Phys., 281, Nos. 2–3: 373 (2002); https://doi.org/10.1016/S0301-0104(02)00445-7.
15. J. Jortner, M. Bixon, A. A. Voityuk, and N. Rosh, J. Phys. Chem., 106, No. 33:7599 (2002); https://doi.org/10.1021/jp014232b.
16. E. G. Petrov, Ya. R. Zelinskyy. V. May, and P. Hanggi, J. Chem. Phys., 127:084709 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2768521.662 E. G. PETROV
17. E. G. Petrov, JETP Lett., 108, No. 5: 302 (2018); https://doi.org/10.1134/S0021364018170101.
18. G. Petrov, Phys. Status Solidi B, 256, No. 11: 1900092 (2019); https://doi.org/10.1002/pssb.201900092.
19. F. Chen, X. Li, J. Hihath, Z. Huang, and N. Tao, J. Am. Chem. Soc., 128, No. 49:15874 (2006); https://doi.org/10.1021/ja065864k.
20. X. D. Cui, A. Primak, X. Zarate, J. Tomfohr, O. F. Sankey, A. L. Moore,T. A. Moore, D. Gust, L. A. Nagahara, and S. M. Lindsay, J. Phys. Chem. B,106, No. 34: 8609 (2002); https://doi.org/10.1021/jp0206065.
21. Y. Zang, S. Ray, E.-D. Fung, A. Borges, M. H. Gartner, M. L. Steigerwald,G. Solomon, S. Patil, and L. Venkataman, J. Am. Chem. Soc., 140, No. 41: 13167(2018); https://doi.org/10.1021/jacs.8b06964.
22. V. Mujica, M. Kemp, and M. Ratner, J. Chem. Phys., 101, No. 8: 6856 (1994); https://doi.org/10.1063/1.468315.
23. E. G. Petrov, I. S. Tolokh, A. A. Demidenko, and V. V. Gorbach, Chem. Phys.,193, No. 3: 237 (1995); https://doi.org/10.1016/0301-0104(95)00426-O.1. A. Aviram and M. Ratner, Molecular Electronics: Science and Technology (NewYork: New York Academy of Sciences: 1998).
2. Introducing Molecular Electronics (Eds. G. Cuniberti, G. Fagas, and K. Richter)(Berlin: Springer: 2005).
3. J. C. Cuevas and E. Scheer, Molecular Electronics: an Introduction to Theoryand Experiment. 2 nd Edition (Singapore: World Scientific: 2013).
4. R. M. Metzger, Chem. Rev., 115, No. 11: 5056 (2015); https://doi.org/10.1021/cr500459d.
5. L. Venkataraman, J. E. Klare, I. W. Tam, C. Nickolls, M. S. Hybertsen, andM. L. Steigerwald, Nano Letters, 6, No. 3: 458 (2006); https://doi.org/10.1021/nl052373+.
6. N. Koch, Chem. Phys. Chem., 8, No. 10: 1438 (2007); https://doi.org/10.1002/cphc.200700177.
7. D. Xiang, X. Wang, Ch. Jia, T. Lee, and X. Guo, Chem. Rev., 116, No. 7: 4318(2016); https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00680.
8. V. B. Engelkes, J. M. Beebe, and C. D. Frisbie, J. Am. Chem. Soc., 126, No. 43:14287 (2004); https://doi.org/10.1021/ja046274u.
9. F. C. Simeone, H. J. Yoon, M. M. Thuo, J. R. Barber, B. Smith, andG. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 135, No. 48: 18131 (2013); https://doi.org/10.1021/ja408652h.
10. E. Wierzbinski, X. Yin, K. Werling, and D. H. Waldeck, J. Phys. Chem. B, 117,No. 16: 4431 (2013); https://doi.org/10.1021/jp307902v.
11. M. Baghbanzadeh, C. M. Bowers, D. Rappoport, T. Zaba, L. Yuan, K. Kang,K.-C. Liao, M. Gonidec, P. Rothemund, P. Cyganik, A. Aspuru-Guzik, andG. M. Whitesides, J. Am. Chem. Soc., 139, No. 22: 7624 (2017); https://doi.org/10.1021/jacs.7b02770.
12. J. G. Simmons, J. Appl. Phys., 34, No. 6: 1793 (1963); https://doi.org/10.1063/1.1702682.
13. H. M. McConnel, J. Phys. Chem., 35, No. 2: 508 (1961); https://doi.org/10.1063/1.1731961.
14. M. A. Rampi and G. M. Whitesides, Chem. Phys., 281, Nos. 2–3: 373 (2002); https://doi.org/10.1016/S0301-0104(02)00445-7.
15. J. Jortner, M. Bixon, A. A. Voityuk, and N. Rosh, J. Phys. Chem., 106, No. 33:7599 (2002); https://doi.org/10.1021/jp014232b.
16. E. G. Petrov, Ya. R. Zelinskyy. V. May, and P. Hanggi, J. Chem. Phys., 127:084709 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2768521.662 E. G. PETROV
17. E. G. Petrov, JETP Lett., 108, No. 5: 302 (2018); https://doi.org/10.1134/S0021364018170101.
18. G. Petrov, Phys. Status Solidi B, 256, No. 11: 1900092 (2019); https://doi.org/10.1002/pssb.201900092.
19. F. Chen, X. Li, J. Hihath, Z. Huang, and N. Tao, J. Am. Chem. Soc., 128, No. 49:15874 (2006); https://doi.org/10.1021/ja065864k.
20. X. D. Cui, A. Primak, X. Zarate, J. Tomfohr, O. F. Sankey, A. L. Moore,T. A. Moore, D. Gust, L. A. Nagahara, and S. M. Lindsay, J. Phys. Chem. B,106, No. 34: 8609 (2002); https://doi.org/10.1021/jp0206065.
21. Y. Zang, S. Ray, E.-D. Fung, A. Borges, M. H. Gartner, M. L. Steigerwald,G. Solomon, S. Patil, and L. Venkataman, J. Am. Chem. Soc., 140, No. 41: 13167(2018); https://doi.org/10.1021/jacs.8b06964.
22. V. Mujica, M. Kemp, and M. Ratner, J. Chem. Phys., 101, No. 8: 6856 (1994); https://doi.org/10.1063/1.468315.
23. E. G. Petrov, I. S. Tolokh, A. A. Demidenko, and V. V. Gorbach, Chem. Phys.,193, No. 3: 237 (1995); https://doi.org/10.1016/0301-0104(95)00426-O.
Creative Commons License
Все статьи доступны по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная
©2003—2021 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.

Электронная почта: tatar@imp.kiev.ua Телефоны и адрес редакции О сборнике Пользовательское соглашение