螺烯分子结构形变过程中层间透射与层内透射的相互竞争及U型I-V曲线
发布时间: 2015-12-23 浏览次数: 92


作者:郭艳东


自从石墨烯结构被发现以来,人们就不断地探索其各种各样的衍生结构、发掘其各种性质。如对石墨烯进行掺杂、构造缺陷、吸附分子、构建双层石墨烯。

螺烯是一种非平面、螺旋结构的有机分子。分子不在同一平面上,没有对称中心和对称面。得益于螺旋结构,螺烯可用于分子齿轮、分子开关、分子弹簧等分子机器,而它的化合物广泛应用于光学领域,如手性光学、非线性光学等。不同于扭曲的石墨带,螺烯分子能够独立稳定的存在,其螺旋结构不需要外力的维持。

众所周知,石墨烯具有奇异的电学性质。而从结构上看,螺烯与石墨烯相类似,也是由芳香环组合在一起的。在某种程度上可以看作是最窄石墨烯纳米带的空间延伸,但是却是在三维空间的延伸、这一点不同于石墨烯,因为石墨烯的所有原子均在一个平面内,而从另一个角度看,螺烯的结构又类似于多层石墨烯,层与层之间的间隔与多层石墨烯结构非常接近。虽然十分类似,但却也不完全等同于多层石墨烯,因为多层石墨烯中各层是不通过化学键相互连接的,只是通过范德瓦耳斯力联系在一起,而螺烯分子整体是通过C-C化学键结合在一起的。


从结构角度看,螺烯兼具单层和多层石墨烯的结构特征。我们通过对其输运性质的研究发现,当螺烯分子的面间距发生改变时,其导电性呈现U型变化,即先减小后增大。分析表明,U型曲线的左右两支分别由电子的层间透射和层内透射占主导,而U型曲线则是这两种透射相互竞争的结果。而从结构变化角度考虑,螺烯分子面间距由小变大的过程,则是其由类双层石墨烯向类单层石墨烯转化的过程。这种奇特的导电性变化规律为将来奇异纳电子器件的设计提供了一条新思路。不仅如此,我们还通过替换Au电极以及替换边缘原子的方式,检验了螺烯的导电性变化。结果表明,U型曲线是螺烯分子结构所特有的本质属性,并不随这些因素的改变而发生变化。这就大大增加了其在纳电子器件中的适用性。

详细请参考:U-shaped relationship between current and pitch in helicenemolecules, Scientific Reports, 2015, 5: 16731, http://www.nature.com/articles/srep16731

Guo-Sci_Rep.pdf