分子電子學(xué)與分子器件

2023分子電子學(xué)與分子器件ppt分子電子學(xué)概述分子電子學(xué)基本理論分子器件的基本概念分子電子學(xué)在器件方面的應(yīng)用分子電子學(xué)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分子電子學(xué)研究方法contents目錄01分子電子學(xué)概述分子電子學(xué)指利用分子和分子結(jié)構(gòu)來(lái)制造電子設(shè)備的一門科學(xué)分子電子器件以分子作為信息處理的基本單元，通過(guò)分子之間的相互作用進(jìn)行信息處理分子電子學(xué)定義1970年代研究起步，開始關(guān)注分子和聚合物的導(dǎo)電性和電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象1980年代發(fā)現(xiàn)單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，提出單電子器件的概念1990年代進(jìn)入分子設(shè)計(jì)和分子自組裝的研究階段，實(shí)現(xiàn)分子電路和分子存儲(chǔ)器分子電子學(xué)發(fā)展歷程1分子電子學(xué)重要性23實(shí)現(xiàn)更小、更快、更可靠的電子設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有微電子技術(shù)進(jìn)行革新研究具有特殊性能的分子材料，有助于發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)為化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域提供新的研究思路和方法02分子電子學(xué)基本理論電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)：吸收能量并躍遷到較高的能級(jí)電子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)：釋放能量并躍遷到較低的能級(jí)電子的吸收和發(fā)射光譜：研究電子躍遷的實(shí)驗(yàn)方法分子電子躍遷分子能級(jí)與能帶分子的能帶結(jié)構(gòu)分子的電子能級(jí)結(jié)構(gòu)在空間上的分布能帶隙基態(tài)和激發(fā)態(tài)能級(jí)之間的能量差分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)分子中電子的能級(jí)和能級(jí)之間的相互作用波函數(shù)的性質(zhì)：描述電子在分子中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分子電子的波函數(shù)波函數(shù)的空間分布：決定分子的電子云分布波函數(shù)的對(duì)稱性：決定分子的對(duì)稱性03分子器件的基本概念分子電子學(xué)的分支分子電子學(xué)是電子學(xué)與分子生物學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科。定義分子器件是利用單分子或分子簇的物理化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)特定電子學(xué)功能的基本單元。分子器件定義包括分子整流器、分子開關(guān)、分子存儲(chǔ)器、分子電導(dǎo)器件等。按功能分包括分子線、分子結(jié)、分子平面和分子網(wǎng)絡(luò)等。按結(jié)構(gòu)分分子器件類型分子器件工作原理利用分子的有序排列和電子能級(jí)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)整流功能。分子整流器分子開關(guān)分子存儲(chǔ)器分子電導(dǎo)器件利用分子能級(jí)的變化或分子構(gòu)象的改變實(shí)現(xiàn)開關(guān)的開閉。利用分子能級(jí)變化或化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)。利用分子的電子輸運(yùn)特性實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)功能。04分子電子學(xué)在器件方面的應(yīng)用分子太陽(yáng)能電池利用有機(jī)分子或納米結(jié)構(gòu)捕獲太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能。染料敏化太陽(yáng)能電池使用染料敏化的半導(dǎo)體材料，將光能轉(zhuǎn)化為電能，具有成本低、制程簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)。在太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用分子LED利用有機(jī)分子或高分子材料作為發(fā)光層，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗、長(zhǎng)壽命的LED器件。OLED利用有機(jī)材料作為發(fā)光層，制成自發(fā)光、視角大、色彩鮮艷的顯示器。在LED方面的應(yīng)用利用有機(jī)分子或納米結(jié)構(gòu)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。分子光電探測(cè)器利用光電化學(xué)效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)和響應(yīng)。光電化學(xué)探測(cè)器在光電探測(cè)器方面的應(yīng)用05分子電子學(xué)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分子太陽(yáng)能電池利用分子吸收太陽(yáng)光能并將其轉(zhuǎn)換為電能，提高太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。分子熱能轉(zhuǎn)換將熱能轉(zhuǎn)換為電能，提高熱能利用率，減少能源浪費(fèi)。提高能量轉(zhuǎn)換效率分子存儲(chǔ)技術(shù)利用分子結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)信息，提高存儲(chǔ)密度和穩(wěn)定性。分子計(jì)算利用分子邏輯門實(shí)現(xiàn)計(jì)算，提高計(jì)算速度和效率。實(shí)現(xiàn)分子存儲(chǔ)將分子器件封裝在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，以保護(hù)其免受環(huán)境影響。分子器件封裝研究新的材料和技術(shù)，以提高分子器件的穩(wěn)定性和壽命。分子器件材料提高分子器件穩(wěn)定性06分子電子學(xué)研究方法通過(guò)求解電子的薛定諤方程，研究電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。密度泛函理論通過(guò)定義系統(tǒng)的哈密頓算符，求解薛定諤方程得到電子波函數(shù)。哈密頓算符通過(guò)隨機(jī)抽樣和統(tǒng)計(jì)分析，得到分子電子器件的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。蒙特卡洛模擬理論計(jì)算模擬03有限差分法通過(guò)將分子電子器件離散化為有限個(gè)差分網(wǎng)格，計(jì)算其電學(xué)性質(zhì)。計(jì)算機(jī)模擬方法01分子動(dòng)力學(xué)模擬通過(guò)求解分子動(dòng)力學(xué)方程，研究分子電子器件的動(dòng)力學(xué)行為。02有限元方法通過(guò)將分子電子器件離散化為有限個(gè)網(wǎng)格，計(jì)算其電學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)研究方法原子力顯微鏡通過(guò)測(cè)量探針和樣品之間的相互作用力，研究分子電子器件的表面形貌和電學(xué)性質(zhì)。譜學(xué)技術(shù)