中文摘要：

分子-电极界面的原子接触细节对分子电子学、有机光电子学器件的性能和工作效率起着至关重要的作用，但实验本身确定界面的原子细节存在着巨大挑战，而基于密度泛函理论（DFT）的模拟为确定接触细节提供了有效手段。本项目首先通过DFT的模拟确定界面构形，重点研究分子结的制备、测量过程对接触构形的影响，包括电极制备过程引起的电极表面原子尺度起伏；分子吸附过程引起的表面吸附原子（adatoms）和缺陷；电导测量过程中分子结的拉伸和电场极性对结构的影响。然后，对确定的构形做输运性质、STM图像的模拟和电导的统计分析，以直接与实验比较并探讨接触细节对模拟结果与实验比较的改进；其中接触电导用DFT和非平衡格林函数结合的方法计算，而隧穿电导还要拟合SK参数辅助计算以更好地考虑电极-分子距离较远时的耦合。本项目对深入揭示接触细节与输运性质的关系、寻找稳定且高电导的分子结、理论与实验的互补等具有重要意义。

结论摘要：

本项目的主要目标有两个，一个是通过第一性原理模拟确定分子电子器件中电极-分子界面接触细节，重点研究分子结的制备、测量过程对接触构形的影响，包括电极制备过程引起的电极表面原子尺度起伏和分子吸附过程引起的表面吸附原子和缺陷；另一个是通过密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法研究这些接触细节对分子器件的输运行为的影响。通过三年的研究，本项目很好地完成了预订目标，并取得了如下重要成果1. 研究了C60分子在Cu（111）电极表面的吸附行为，发现了C60分子在Cu电极表面的吸附将引起Cu（111）表面的重构，即第一层原子出现7个Cu原子的“洞”，C60分子将“掉进”这一洞里。进一步输运计算研究发现，这一表面的重构将极大地增强电子输运，低偏压下电流增大50%。2. 研究了Ni(111)表面Ni的吸附原子(Adatoms)的出现对C60分子输运行为的影响。研究发现，不同的吸附原子数对输运行为有着重要影响，吸附原子数越多，电流越大，但自旋极化度越低。3. 研究了锯齿形石墨烯纳米带中碳链不同的吸附位置对体系磁性、电子结构和输运性质的影响，发现不同的吸附位置磁性特征不同，以及在ZGNR/C9/ZGNR中可以实现非常好的自旋过滤效应。4. 研究了由B80和C60双分子桥的输运行为，发现双B80分子和双C60分子都是绝缘体，而由B80和C60构成的异质分子桥则导电性很好。5. 研究了Fe的硫醚配合物(Fe-(9S3)2)的输运性质，得到了不同压力下的分子结构不同引起的不同的自旋态以及由此而产生的电导开关效应。6.研究了高自旋二价Fe(II)-卟啉分子在Au(111)表面的界面结构及其非局域近藤共振，发现Fe离子引起了分子上Fermi能级附近自旋极化、且空间离域的电子态，从而解释了STS实验测量发现的非局域近藤共振。7. 我们把研究对象扩展到金属氧化物表面，对使本征ZnO极性面稳定的各种作用力的竞争得到了新的认识。这些结果表明，分子电极的接触细节对分子器件的输运行为具有重要影响，分子器件的设计必须充分考虑电极表面重构、吸附原子和缺陷的存在、压力导致的分子结构变化等对输运的产生的重要影响，对实验工作的开展具有参考价值。累计共发表受项目资助的SCI论文6篇，2篇待投。