Spin-orbit torque in single-molecule junctions from ab initio
针对单分子层面实现自旋轨道扭矩（SOT）调控的难题，研究人员采用密度泛函理论与非平衡格林函数的自洽方案，计算偏压下非线区单分子结的电流诱导SOT，发现线性区其数值与磁性界面的SOT相近，为单分子SOT的微观理解提供支撑。
2024-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of single molecular transistor modulated by gate-bias
在第一性原理计算的水平上，采用自洽方法研究了横向栅偏压对单分子晶体管电流的调制。数值计算结果表明，聚并二硫醇分子和稠环低聚噻吩分子都是横向场控制的潜在高频分子晶体管。多并苯二硫醇或稠环噻吩的长分子有利于实现栅偏压控制的分子晶体管。理论结果与相关实验结果相吻合。
2006-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio study of the thermopower of biphenyl-based single-molecule junctions
采用从头算电子结构计算结合非平衡格林函数技术，我们研究了联苯基单分子结的热电势Q对构象的依赖关系。对于一系列实验上可用的联苯分子，烷基侧链使我们能够从0到90°逐渐调整两个苯环之间的扭转角θ，并以这种方式控制π电子共轭的程度。通过研究不同的锚定基团和结合位置，我们的理论预测，随着扭转角的增大，热电势的绝对值略有减小，并遵循a+b*cos^{2} π的依赖关系。锚定基团同时决定Q和a、b的符号。硫和胺基产生Q，a，b>0，而对于氰基Q，a，b<0。不同的结合位置可以导致热电势的实质性变化，主要是由于前线分子轨道能级和费米能的排列的变化。我们用π轨道紧束缚模型和最小两能级模型解释了我们的从头计算结果，该模型描述了两个苯环上的一对杂化前线轨道态。热电势随温度的变化似乎在实验分辨率之内。
2012-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing electron correlation by means of ab-initio scanning tunneling spectroscopy images of single molecules
扫描隧道显微镜（STM）已经成为表征凝聚态系统（从扩展固体到量子点）中多体效应的基本工具。从支持导电衬底解耦的分子的STM具有将许多身体效应的STM表征扩展到分子世界的潜力。在这篇文章中，我们描述了一个多体隧穿理论的STM衬底去耦的分子，我们报告使用标准的量子化学方法来计算所需的数量提供的“相关”STM分子图像。所开发的方法已被应用到18个不同的分子，探索其化学性质和取代基的影响，以及验证过渡金属中心的可能贡献。由于计算成本的原因，大部分计算都是用CISD进行的，而一些测试也是用更精确的CCSD方法进行的，以量化计算水平对多体STM图像的重要性。我们发现，相关导致显着的压缩的图像，相关图像不是来自Hartree-Fock HOMO或LUMO单独，但包括来自其他轨道的贡献。虽然相关效应太小，目前的STM实验所研究的分子解决，我们的研究结果提供了线索，寻找其他物种更大的，可能是实验检测，相关效应。
2011-01-13 cond-mat.mes-hall
Dynamic of Single Molecules in Collective Light-Matter States from First Principles
大量分子与共同光子模式的相干相互作用导致强烈的光-物质耦合，这一特征被证明对化学非常有益，并被称为极化激元和QED化学的研究主题。考虑复杂的微观化学反应与宏观数量的分子相结合，使现有的从头算方法不适用。在这项工作中，我介绍了一个简单的方法来捕捉集体性质，同时保留完整的从头表示的单分子。通过将大部分分子系综嵌入并矢格林张量中，我们获得了一个计算上便宜和直观的描述系综中单个分子的动态-这种方法似乎是极化激元化学的理想方法。对嵌入辐射反应势的应用前景和局限性进行了讨论。第一个应用程序演示了线性响应的单个分子的一部分，一个更大的合奏分子。然后，借助一个简单的质子隧穿模型，说明了集体强耦合对化学反应的影响与发射体的数目有着重要的关系。在经典电动力学、量子光学描述和实际分子的从头算描述之间建立了桥梁，这项工作可以为快速发展的QED化学和QED材料设计领域的未来发展和研究提供指导。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Quantum Interference in Single Molecule Electronic Systems
给出了多支分子中量子干涉的一般解析公式和从头算研究。用从头计算方法研究了夹在金电极之间的苯-1，2-二硫纶（BDT）分子通过不同长度的寡炔的量子干涉。我们表明，当一个点电荷位于BDT分子的平面和它的位置变化，电导表现出明显的干扰效应，而当电荷接近BDT分子沿垂直于分子的平面和通过苯环的中心，干扰效应是可以忽略不计的。在聚炔的情况下，量子干涉导致临界能量$E_c$的出现，在该临界能量下，具有偶数或奇数原子的链的电子透射系数$T(E)$与长度无关。为了说明基本的物理，我们推导出一个通用的解析公式电子输运通过多分支结构，并证明了通用性的公式，通过比较它与上述从头计算模拟。我们还采用的解析公式来调查的分子内的电流，并证明，大的逆流可以发生在一个环状的分子，如BDT，当点电荷位于分子的平面。该公式可以用来描述量子干涉和法诺共振的结构与分支包含任意弹性散射区域连接到节点的网站。
2011-03-07 cond-mat.mes-hall
A Generalized Landauer Approach for Electron Transport in a Single Molecule
我们提出了一个四元数启发的形式主义专门开发来评估的电流，穿过一个单一的分子受到外部施加的电压。感兴趣的分子共价连接到两个小的金属簇，形成扩展的分子复合物。四元数的方法允许在单分子中的弹道和共隧穿（相干）机制采取平等的基础上的电荷传输的综合治疗，虽然只有在后一种情况下，最终的瞬态带电状态的系统的存在需要考虑。我们使用戴森系列，以获得一个广义费米黄金法则，从中我们得到一个表达式的净电流的两个电极：在这样做时，我们考虑到所有可能的电子状态之间的过渡定位在电极和扩展的分子复合物中的水平。事实上，人们可以将该方法应用于整个范围的耦合制度，不仅在弱或强的情况下，而且在中间的情况下，弹道和共隧穿过程相互竞争。我们还讨论了应用这种形式主义的描述在两个小的有机分子代表两种不同的极限情况下的电子输运的初步结果。在第一种情况下，被认为是一个共轭分子（其中空间离域的分子轨道有利于弹道贡献），在第二个，目前穿越饱和烃（其结构应包含更多的本地化分子轨道）。在这两种情况下，我们充分描述了扩展的分子复合物的电子能级的从头算量子化学水平，使用密度泛函理论的场诱导的自我调整。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall
Variability of the thermal conductance of gold-alkane-gold single-molecule junctions studied using ab-initio and molecular dynamics approaches
最近的实验的动机，我们研究了不同长度的连接两个金电极的单一二硫醇化烷烃分子的热导率的变化。为此，我们研究了（i）金属分子接触和电极取向对直链烷烃链热导率的影响，（ii）通过扭曲的笨拙缺陷和拉伸行为实现的分子内部无序的影响，以及（iii）几何形状随温度变化的动力学变化引起的修改。前两个方面我们用密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（NEGF）方法相结合来分析，在后一种情况下我们用非平衡分子动力学（NEMD）。我们的计算表明，由于接触几何形状的变化的声子热导的变化的大小，即笨拙的缺陷一般会降低热导，但它们消失后，拉伸的结，并在高温下的热导结果从平均超过许多结配置，包括烷烃与热激发的笨拙的缺陷。总的来说，我们找到了一个很好的协议之间的DFT-NEGF和NEMD方法为我们的室温调查。这证实了非谐效应在含有4至10个碳原子的烷烃链中不起主要作用。声子的热传输，从而进行弹性和相位相干通过这些短的分子结。
2019-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic carbon chains as spin-transmitters: an \textit{Ab initio} transport study
连接两个石墨烯薄片的原子碳链最近在Jin { \it等人}的突破性实验中实现，物理修订信函{ \bf 102}，205501（2009）。我们提出了{ \it ab initio}结果的电子输运性质的这种链，并证明了完整的自旋极化的传输在大的能量范围内。该效应是由于终止每个石墨烯薄片的自旋极化之字形边缘导致石墨烯$π_z$带和链态的自旋分裂。当石墨烯$π$ -态与强杂化边缘和链中的类似态共振时，发生透射。这种效应通常适用于桥接石墨烯电极之字形边缘的任何$π$共轭分子。透射的偏振可以通过化学或机械改性分子或通过施加电子门来控制。
2010-06-17 cond-mat.mes-hall
Magnetization of Mn_12 Ac in a slowly varying magnetic field: an ab initio study
从Mn_（12）Ac分子中锰离子的Heisenberg自旋哈密顿量出发，我们发现了该体系的一些低能态。我们使用这些状态来解决含时薛定谔方程，并找到在缓慢变化的磁场的存在下的分子的磁化强度。我们研究了场扫描速率，四阶各向异性自旋相互作用和横向场的不同状态的权重以及磁化步骤，这是已知的发生在该系统中的磁滞曲线的影响。我们发现，四阶项和一个缓慢的磁场扫描速率是至关重要的磁滞曲线中获得突出的磁化步骤。
2000-08-09 cond-mat.mes-hall
Insigths into the tribochemistry of silicon-doped carbon based films by ab initio analysis of water/surface interactions
金刚石和类金刚石碳（DLC）被用作从生物医学到摩擦学等众多应用的涂层材料。近年来，研究表明硅掺杂可以提高碳膜的亲水性，从而大大改善其生物相容性和摩擦性能。尽管这些性能与应用相关，但仍然缺乏对硅影响的微观理解。在这里，我们应用从头计算研究水分子与Si掺入的C（001）表面的相互作用。我们发现，硅掺杂剂的存在下，大大增加了水的化学吸附的能量增益，并降低了超过50%的水解离的能量势垒。通过对吸附时电荷位移的分析，给出了这一现象的物理依据。我们还表明，一旦羟基化，表面能够通过氢键网络与更多的水分子结合，比清洁表面强得多。这两个步骤的过程是一致的，并可以解释增强的亲水性观察到的硅掺杂的碳基薄膜。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall
Functionality in single-molecule devices: Model calculations and applications of the inelastic electron tunneling signal in molecular junctions
我们分析了如何功能可以获得单分子器件内使用非平衡格林函数和从头计算的组合来研究单分子结的非弹性输运性质。首先，我们应用一个完整的非平衡格林函数技术与电子振动耦合的模型系统。我们表明，在非弹性电子隧穿谱（IETS）的分子结的功能几乎是独立的分子铅接触的性质。由于接触不容易从一个器件复制到另一个器件，因此这是一个非常有用的特性。IETS信号相对于接触处的修改更加稳健，因此可以用于构建功能性纳米器件。其次，我们考虑一个现实的有机共轭分子模型。我们使用从头计算来研究如何可以通过外部电场作为栅极电压来控制分子的电子振动性质。通过栅极电压控制振子频率和（更重要的是）电子-振子耦合使得能够构建功能：从单分子器件内的IETS信号获得非线性放大和/或切换。
2012-01-25 cond-mat.mes-hall
On the role of the nonlocal Hartree-Fock exchange in ab initio quantum transport: Hydrogen in Platinum nanocontacts revisited
我们提出了一种实用的方法来克服普遍存在的问题，高估的零偏压和零温度电导，这是与使用局部近似的交换相关功能时，密度泛函理论应用于量子输运。这是通过用非局部Hartree-Fock交换部分替换泛函中的局部交换项来实现的。作为这种效应的一个重要例子，我们重新审视了迄今为止研究的最小分子桥：放置在铂纳米触点之间的氢分子。当应用到这个系统的电导值减小相比，本地交换的唯一值，这是在密切的协议与时间依赖电流-密度泛函理论预测的结果。我们的研究结果对最近关于铂纳米接触中氢分子完全透明的声明发出了警告。
2008-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio angle and energy resolved photoelectron spectroscopy with time-dependent density-functional theory
本文提出了一种含时密度泛函方法来描述激光脉冲激发下原子和分子的光电子能谱。这种计算上可行的计划是基于几何分区，有效地提供了访问光电子能谱学在时间依赖的密度泛函计算。利用几何方法，我们对包含多光子效应的动量分辨光电子给出了一个简单的描述。通过与文献结果和精确计算结果的比较，验证了该方法的有效性。此外，我们提出了数值光电子角分布随机取向的氮分子在一个短的近红外强激光脉冲和氦（I）的角谱对准一氧化碳和苯。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.atom-ph
Applying the extended molecule approach to correlated electron transport: important insight from model calculations
相关分子中电子输运的理论方法通常考虑扩展的分子，除了分子本身之外，还包括电极的部分。在电子关联仍然局限于分子内的情况下，并且扩展的分子足够大，电流可以通过劳道尔型公式表示。电子相关性体现在一个足够大但孤立的扩展分子的延迟格林函数中，它代表了可以通过从头算量子化学计算准确确定的关键量。为了验证这些想法，我们提出并分析了在全CI计算的相互作用共振能级模型所描述的扩展分子内获得的数值结果。基于它们，我们认为，对于有机电极的传输特性可以可靠地计算，因为扩展的分子可以选择足够小的精确的从头算方法内处理。对于金属电极，通常必须考虑较大的扩展分子，但是传输的（半）定量描述仍然是可能的，特别是在电子输运通过非共振隧穿进行的典型情况下。我们的数值结果还表明，与通常的说法相反，特征库仑强度和由于分子-电极耦合的能级宽度之间的比率不是评估电子关联效应是强还是弱所需的唯一量。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Non-Local Conductance Modulation by Molecules: STM of Substituted Styrene Heterostructures on H-Terminated Si(100)
用扫描隧道显微镜和从头算方法研究了硅衬底上由CF 3和OCH 3取代的苯乙烯分子组成的一维有机异质结构。偶极场的OCH 3-苯乙烯分子被发现，以提高通过附近的OCH 3-苯乙烯/CF 3-苯乙烯异质结的分子的导电。那些CF 3-苯乙烯抑制运输通过附近的硅。因此，取代基的选择和它们在主体分子上的连接位点提供了在分子尺度上差异调节分子和底物传输的手段。
2008-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current rectification by simple molecular quantum dots: an ab-initio study
我们使用从头算非平衡格林函数方法计算了夹在两个不同长度的饱和（绝缘）分子基团（分子量子点）之间的共轭分子基团的分子的电流整流。特别地，我们研究了以萘为共轭中心基团的S-（CH_2）_m-C_（10）H_6-（CH_2）_n-S二硫醇。在m = 2和n = 10时观察到整流电流比约为35，这是由于通过最接近电极费米能级的分子轨道（MO）的共振隧穿（在本例中为最低的未占据MO）。整流受到其他导电轨道的干扰的限制，但可以通过例如向萘中加入吸电子基团来改善。
2003-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
