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)未來發(fā)展趨勢分子電子學(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，通過分子之間的相互作用進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年代進入分子設(shè)計和分子自組裝的研究階段，實現(xiàn)分子電路和分子存儲器分子電子學(xué)發(fā)展歷程1分子電子學(xué)重要性23實現(xiàn)更小、更快、更可靠的電子設(shè)備，對現(xiàn)有微電子技術(shù)進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電子的吸收和發(fā)射光譜：研究電子躍遷的實驗方法分子電子躍遷分子能級與能帶分子的能帶結(jié)構(gòu)分子的電子能級結(jié)構(gòu)在空間上的分布能帶隙基態(tài)和激發(fā)態(tài)能級之間的能量差分子的能級結(jié)構(gòu)分子中電子的能級和能級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動狀態(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)的對稱性：決定分子的對稱性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調(diào)節(jié)實現(xiàn)整流功能。分子整流器分子開關(guān)分子存儲器分子電導(dǎo)器件利用分子能級的變化或分子構(gòu)象的改變實現(xiàn)開關(guān)的開閉。利用分子能級變化或化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)信息存儲。利用分子的電子輸運特性實現(xiàn)電導(dǎo)功能。04分子電子學(xué)在器件方面的應(yīng)用分子太陽能電池利用有機分子或納米結(jié)構(gòu)捕獲太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能。染料敏化太陽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、制程簡單、效率高等優(yōu)點。在太陽能電池方面的應(yīng)用分子LED利用有機分子或高分子材料作為發(fā)光層，實現(xiàn)高效、低能耗、長壽命的LED器件。OLED利用有機材料作為發(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)用利用有機分子或納米結(jié)構(gòu)對光信號進行響應(yīng)并轉(zhuǎn)換為電信號。分子光電探測器利用光電化學(xué)效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)對光信號的檢測和響應(yīng)。光電化學(xué)探測器在光電探測器方面的應(yīng)用05分子電子學(xué)未來發(fā)展趨勢分子太陽能電池利用分子吸收太陽光能并將其轉(zhuǎn)換為電能，提高太陽能的轉(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。提高能量轉(zhuǎn)換效率分子存儲技術(shù)利用分子結(jié)構(gòu)來存儲信息，提高存儲密度和穩(wěn)定性。分子計算利用分子邏輯門實現(xiàn)計算，提高計算速度和效率。實現(xiàn)分子存儲將分子器件封裝在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，以保護其免受環(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)。哈密頓算符通過隨機抽樣和統(tǒng)計分析，得到分子電子器件的統(tǒng)計性質(zhì)。蒙特卡洛模擬理論計算模擬03有限差分法通過將分子電子器件離散化為有限個差分網(wǎng)格，計算其電學(xué)性質(zhì)。計算機模擬方法01分子動力學(xué)模擬通過求解分子動力學(xué)方程，研究分子電子器件的動力學(xué)行為。02有限元方法通過將分子電子器件離散化為有限個網(wǎng)格，計算其電學(xué)性質(zhì)。實驗研究方法原子力顯微鏡通過測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)