Одноелектронний транзистор на основі металофулеренів Me@C60 (Me = Li, Na, K)

Автори D. Sergeyev1,2
Приналежність

1Zhubanov Aktobe Regional University, 34, Moldagulova Ave., 030000 Aktobe, Kazakhstan

2Begeldinov Military Institute of Air Defense Forces, 39, Moldagulova Ave., 030012 Aktobe, Kazakhstan

Е-mail serdau@rambler.ru
Випуск Том 12, Рік 2020, Номер 3
Дати Одержано 18 січня 2020; у відредагованій формі 15 червня 2020; опубліковано online 25 червня 2020
Посилання D. Sergeyev, Ж. нано- електрон. фіз. 12 № 3, 03017 (2020)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.12(3).03017
PACS Number(s) 73.23.Hk, 85.35.Gv, 71.20.Tx
Ключові слова Одноелектронний транзистор, Фулерен (3) , Діаграма стійкості заряду, Кулонівський діамант, Повна енергія.
Анотація

У роботі в рамках теорії функціональної щільності за допомогою моделювання досліджено транспортні властивості одноелектронного транзистора (SET) на основі металофулеренів Me@C60 (Me = Li, Na, K). Оптимізація молекул Li@C60, Na@C60, K@C60 проводилася використовуючи обмінно-кореляційний функціонал Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) та узагальнене наближення градієнта (GGA), що дозволило найбільш точно описати подібні структури. Розраховано електростатичний різницевий потенціал, спектр молекулярної енергії та повну енергію SET на основі Me@C60. Було встановлено, що SET на основі K@C60 є більш стійким, ніж інші розглянуті SET на основі C60, Li@C60, Na@C60. Визначаються залежності повної енергії молекул Me@C60 (Me = Li, Na, K) від їх повного заряду, а також залежності повної енергії від напруги затвора Me@C60-SET. Через нестабільність стану малих молекул з додатковими електронами більше двох, під час моделювання величини – 2, – 1, 0, 1, 2 були обрані як повні електричні заряди для кожної молекули. Показано, що енергія негативно зарядженого розглянутого металофулерена нижча, ніж енергія нейтрального, і навпаки, енергія позитивно зарядженого металофулерена більша, ніж енергія нейтрального. Було виявлено, що при негативних напругах затвора транзистора стани позитивного заряду (+ 1, + 2) є більш стійкими порівняно із станами негативного заряду (– 1, – 2) через зміщення HOMO (вища заповнена молекулярна орбіталь) та LUMO (нижча незайнята молекулярна орбіталь) зі зміною напруги затвора. Діаграми стійкості SET на основі С60, Me@C60 були проаналізовані. Також було показано, що площа SET на основі кулонівського діаманта на діаграмі стійкості залежить від радіуса інкапсульованого атома. Отримані результати можуть бути корисними для розрахунку нових типів SET на основі металофулеренів.

Перелік посилань