Szubmolekuláris kvantuminterferencia és a molekuláris vezetőképesség faktorizációja Magyar Fizikus Vándorgyűlés, Augusztus, 016 Manrique Dávid Zsolt david.zsolt.manrique@gmail.com
Molekuláris Vezetőképesség Környezet+elektróda+molekula rendszer elektromos vezetőképessége. (<5nm) Pl.: nanostruktúrált vagy kompozit anyagok, egymolekulás szakításos mérések S Hassan M. et al. Scientific Reports 5, AN: 14431 (015)
Molekuláris Vezetőképesség (nagyfokú pontatlanság okai) Sok-elektron probléma: Sűrűségfunkcionál elmélet (DFT) + egyrészecskés szoródás önkonzisztens potenciáltérben transzmisszós valószínűség Konformációs érzékenység: Példa: termo-elem Pl.: Latha Venkataraman et al. Nature 44, 904-907 (006) ZT = GS T κ > 1
Szisztematikusan tervezett és szintetizált molekulák P. Moreno-Garcia et al. J. Am. Chem. Soc., 134 (4), (01) W Hong et al. Beilstein J. Nanotechnol.,, (011) S. Martin et al. Nanotechnology 0 1503 (009) LA Zotti et al J. Am. Chem. Soc., 135 (33), (013) W Hong et al. J. Am. Chem. Soc.,134, (01) DFT szimulációs és szakításos (Break- Junction) mérési eredmények összehansonlítása több nagyságrendbeli eltérést mutat.
Kvantuminterferencia para orto meta G ppp G mmm G pmp G mpm? R. Stadler Phys. Rev. B 80, 009 Carlos R. Arroyo et al. Ange. Chem. Volume 5, Issue 11, 013 Gemma C Solomon J. Chem. Phys. 19, 054701 (008) DZ Manrique, et al. Nature Communications 6, 016 G pmp ~ A p B m A p
Vezetőképesség faktorizációja G pp ~A p A p G pm ~A p A m G mm ~A m A m G pp G mm = G pm T pp T mm = T pm viszont:? T = T 1 T 1 R 1 R cos φ+r 1 R
Vezetőképesség faktorizációja i X E H V X V X 0 X V Y V X E H B V Y Y j 0 V Y E H Y G XX G XB G XY G BX G BB G BY = I, G YX G YB G YY G BB = E H B Σ 1 Σ = V X g X V X + V Y g Y V Y g X/Y = E H X/Y 1 Releváns mátrixblokk: Fisher Lee összefüggés: G YX = g Y V Y G BB V X g X T XBY = ħv G YX ij T XBY = ħv g Y V Y ik G BB kl ħv V X g X lj = AY B B A X
Vezetőképesség faktorizációja T XBY = ħv g Y V Y ik G BB kl ħv V X g X lj = AY B B A X Feltéve hogy B nem függ jelentősen X-től es Y-tól az alacsony hőmérsékletű határok (Landauer es Onsager) a vezetőképességre (G) és Seebeck-állandóra (S): G BB = E H B Σ 1 Σ = V X g X V X + V Y g Y V Y 1 g X/Y = E H X/Y Δ = V X g X V X V Y g Y V Y T XBY = T XBX T YBY G XBY = G XBX G YBY d de log T XBY = d de log T XBX + d de log T YBY S XBY = S XBX + S YBY DZ Manrique et al. Nano Letters 16 (), 1308-1316, 015
Vezetőképesség faktorizációja
Vezetőképesség faktorizációja (és nemfüggetlensége) log 10 G XBY G 0 = a X + b B + a Y S XBY k B /e = a X + b B + a Y Mennyire általánosak a paraméterek? F = Backbones Anchors Anchors B X Y X a X + b B + a Y log 10 G XBY G 0 5 horgony és 1 alapváz paraméterek 180 értéket határoznak meg. Vezetőképességek nem függetlenek. Zöld háromszög: kísérleti értékek (19 mérés és 10 paraméter)
Erre emlékezz DFT szimulaciós módszerek több nagyságrendbeli hibával adják csak meg a vezetőképességet. Interferencia szabály alkalmazása aromatikus gyűrűkől felépülő molekulákra. Szimmetrikus és aszimmetrikus molekulák közötti egyszerű kapcsolat. Azonos csoportokból felépített molekulák vezetőképessége nem független és ez kihasználható. DZ Manrique, Q Al-Galiby, W Hong, CJ Lambert Nano Letters 16 (), 1308-1316, 015 DZ Manrique, C Huang, M Baghernejad, X Zhao, OA Al-Owaedi, et al. Nature Communications 6, 016 M Berritta, DZ Manrique, CJ Lambert Nanoscale 7 (3), 1096-1101, 015
Köszönetnyilvánítás - Dr Thomas Pope - Dr Marco Berritta - Prof Colin Lambert - Prof Nicolae Panoiu - Dr Murat Gulcur - Dr Xiaotao Zhao - Prof Martin R. Bryce - Dr Pavel Moreno - Prof Wenjing Hong - Dr Ilya Pobelov - Dr Chen Li - Prof Thomas Wandlowski - Dr Maria Teresa González - Dr Edmund Leary - Prof Nícolas Agraït
Functioning as electrical units Circuit rules Interference effects Designing principles
0.005*0.01=0.077 ^? Wang, K., Zhou, J., Hamill, J. M., & Xu, B. (014). Measurement and understanding of single-molecule break junction rectification caused by asymmetric contacts. The Journal of chemical physics, 141(5), 05471.
Pulling curves: Retracting the tip and measuring the current. (STM) 80mV 80mV GOLD GOLD
7.5 A 10 A 15 A Basic picture