聚偏二氟乙烯分子器件第一性原理设计

史亚达,袁琬恒

(上海大学 物理系,上海 200444)

0 引言

信息技术的高速发展极大地推动了人类社会文明的发展。作为信息技术发展的基础,电子元器件的研究和制造成为其中重要的发展部分。电子元器件不断小型化,集成度越来越高,计算速率越来越快。“摩尔定律”的失效表明电子器件发展随着时间增长将要面临越来越严重的难题,功耗散热等问题成为制约信息技术发展的瓶颈。器件尺寸的不断减小也使其中的量子效应逐渐凸显。电子器件的尺寸越来越接近原子或分子尺度,因此寻找和利用一些分子(甚至是单个分子)或者分子水平的基团来实现最基本的电子器件的功能,即分子器件,并研究其在小尺度上的性能已受到当今众多科学研究人员的关注和重视。研究人员也在分子器件中做了很多研究,发现制备了很多具有读写次数高、开关状态易调控等优异性质的分子器件,对光、磁、热、化学等外界条件的高灵敏性也是分子器件被广泛研究的重要原因[1-9]。

聚偏二氟乙烯是一种广为所知的铁电性材料,且组成元素只包括碳、氢、氟三种轻元素,在材料中为链状平行结构排列,具有易合成、成本低的优势。聚偏二氟乙烯材料因其具有的压电性[10]、热电性[11-12]和铁电性[13-14]等优良性质已经被广泛研究和应用到了多个领域[15-17]。聚偏二氟乙烯共存在5个相[18-21],这5个相可以实现相互转化,其中只在β相中发现了明显的电滞回线,具有较大的铁电性[14]。β相的铁电极化方向由分子链中CF2一侧指向CH2一侧[14,22-23]。……