貴州大學朱純RSC Adv.：通過一維無限單原子金線電子結構的理論研究認識其導電性能

【研究背景】

一維金屬納米線由于其特殊的物理化學性質以及它們在納米器件中的潛在應用而受到了顯著的關注。以前的實驗和理論研究已經進行了闡明原子線的形成及其獨特的性質，特別是由于Au-Au之間獨特的相互作用，如金屬親和相互作用，已經合成了具有不尋常的化學計量和結構的各種新型金納米結構。通過相對論效應加強電子相關性，以及由鍵合穩定性引起的短d¹⁰-d¹⁰接觸。然而，長度限制了Au單原子鏈的應用。為了獲得具有高導電性和穩定性的一維非晶單原子金線，我們采用交替連接有機金屬大環化合物和單金屬原子的方法構建一維單晶單原子金屬線。

【成果簡介】

近日，貴陽師范學院梁錦霞博士在貴州大學朱純副教授指導下，設計并預測了一種獨特的一維無限單原子金線（1D-IMGW），它具有優異的導電性和混合價（Au_c³⁺和Au_i⁰）的有趣特性。為了進一步探索其導電性能和導電狀態下的穩定性，我們選擇一個電子作為探針來探索電子傳輸通道并研究其在導電狀態下的電子結構。密度泛函理論（DFT）計算表明，1D-IMGW在導電狀態下保持其原始結構，說明其優異的穩定性。此外，在添加電子的同時，1D-IMGW從半導體轉換為導體，能帶與Au_c（5d）和Au_i（6s）通過費米能級混合。因此，1D-IMGW將沿其金原子鏈進行，表明在納米器件中具有良好的應用前景。該成果近日以題為“Theoretical investigation on the electronic structure of one dimensional infinite monatomic gold wire: insights into conducting properties”發表在知名期刊RSC Adv.上，論文第一單位為貴州師范學院。

【圖文導讀】

圖一：優化穩定結構

[1D-IMGW]-的結構（e）及其基元結構（e1）。

圖二：材料計算的帶結構和態密度

通過PBE計算得到[1D-IMGW]^-的（左）帶結構和（右）態密度。

圖三：材料計算的投影密度

計算得到[1D-IMGW]^-的狀態投影密度（PDOS）（上）和狀態的總密度（下）。

圖四：部分電荷密度

[1D-IMGW] -的費米能級的部分電荷密度（isovalue = 0.0003 au）。

【小結】

作者基于之前對新構造的具有優異導電性的一維無限單原子金線（1D-IMGW）的研究，進行了廣泛的密度泛函計算，以進一步研究添加一個電子后的1D-IMGW的電子特性（[1D-IMGW]^-），這能更深入了解1D-IMGW的電子傳輸機制。[1D-IMGW]^-的優化結構仍然是線性的，然而，其電子能帶結構顯示出導體特性。此外，該理論工作提供了研究一維單原子Au鏈的電子傳輸機制的方法，并且計算的PDOS和部分電荷密度表明1D-IMGW具有極強的電導率，其中電子沿著垂直于Corrole環的單原子Au鏈傳導，分別由Au_c和Au_i的〖5d〗_(z^2 )和6s軌道組成。盡管在1D-IMGW上充電，但Au_c和Au_i仍然顯示出Au³⁺和Au^-的混合氧化價態。

文獻鏈接：Theoretical investigation on the electronic structure of one dimensional infinite monatomic gold wire: insights into conducting properties (RSC Adv., 2019, 9, 1373-1377)

本文由材料人計算組大兵哥供稿，材料牛整理編輯。

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