Computer Simulation of the Electrotransport Characteristics of the "Au – Bipyridine – Au" Nanocontact

Abstract

У рамках теорії функціоналу щільності, використовуючи метод нерівноважних функцій Гріна (DFT + NEGF), і в наближенні локальної щільності, були вивчені електротранспортні характеристики наноконтакту "Золото – Біпіридин – Золото". Розрахунок реалізований у програмі Atomistix ToolKit з використанням забезпечення Virtual NanoLab. Розраховуються вольт-амперні характеристики, характеристики dI/dV, спектр пропускання і щільність станів наноконтакту. Показано, що спектри пропускання наноконтакту нагадують спектр резонансних тунельних структур. При застосуванні напруги зміщення виявлено зсув спектрів пропускання, що пояснюється падінням напруги на молекулярному переході. Показано, що DDOS при від’ємній енергії (– 6 ÷ – 1 еВ) значно вище, ніж при додатній енергії. У діапазоні напруг зсуву – 3 ÷ – 0.5 В спостерігається помітне коливання струму. Показано, що на вольт-амперній характеристиці наносистеми з'являється безліч областей з від’ємним диференціальним опором, можливо, внаслідок резонансного тунелювання квазічастинок. Такі ж зміни спостерігаються і на характеристиці dI/dV. Отримані результати можуть бути корисними для розрахунку нових перспективних електронних пристроїв молекулярної електроніки.

In the framework of the density functional theory, using the method of non-equilibrium Green's functions (DFT + NEGF) and in the local density approximation, the electrotransport characteristics of the "Au – Bipyridine – Au" nanocontact were studied. The calculation is implemented in the program Atomistix ToolKit with Virtual NanoLab. The current-voltage, dI/dV characteristics, the transmission spectrum and the density of states of the nanocontact are calculated. It is shown that the transmission spectra of the nanocontact are reminiscent of the spectrum of resonant tunnel structures. A shift in transmission spectra was detected when a bias voltage was applied, which is explained by a voltage drop along the molecular transition. It is shown that DDOS at negative energy (– 6 ÷ – 1 eV) is significantly higher than at positive energy. In the bias voltage range – 3 ÷ – 0.5 V, a noticeable current oscillation is observed. It is shown that a multitude of areas with negative differential resistance, possibly due to resonant tunneling of quasiparticles, appear on the current-voltage characteristic of the nanosystem. The same changes are observed on the dI/dV-characteristic. The results obtained may be useful for calculating new promising electronic devices of molecular electronics.