贵州大学朱纯RSC Adv.：通过一维无限单原子金线电子结构的理论研究认识其导电性能

【研究背景】

一维金属纳米线由于其特殊的物理化学性质以及它们在纳米器件中的潜在应用而受到了显着的关注。以前的实验和理论研究已经进行了阐明原子线的形成及其独特的性质，特别是由于Au-Au之间独特的相互作用，如金属亲和相互作用，已经合成了具有不寻常的化学计量和结构的各种新型金纳米结构。通过相对论效应加强电子相关性，以及由键合稳定性引起的短d¹⁰-d¹⁰接触。然而，长度限制了Au单原子链的应用。为了获得具有高导电性和稳定性的一维非晶单原子金线，我们采用交替连接有机金属大环化合物和单金属原子的方法构建一维单晶单原子金属线。

【成果简介】

近日，贵阳师范学院梁锦霞博士在贵州大学朱纯副教授指导下，设计并预测了一种独特的一维无限单原子金线（1D-IMGW），它具有优异的导电性和混合价（Au_c³⁺和Au_i⁰）的有趣特性。为了进一步探索其导电性能和导电状态下的稳定性，我们选择一个电子作为探针来探索电子传输通道并研究其在导电状态下的电子结构。密度泛函理论（DFT）计算表明，1D-IMGW在导电状态下保持其原始结构，说明其优异的稳定性。此外，在添加电子的同时，1D-IMGW从半导体转换为导体，能带与Au_c（5d）和Au_i（6s）通过费米能级混合。因此，1D-IMGW将沿其金原子链进行，表明在纳米器件中具有良好的应用前景。该成果近日以题为“Theoretical investigation on the electronic structure of one dimensional infinite monatomic gold wire: insights into conducting properties”发表在知名期刊RSC Adv.上，论文第一单位为贵州师范学院。

【图文导读】

图一：优化稳定结构

[1D-IMGW]-的结构（e）及其基元结构（e1）。

图二：材料计算的带结构和态密度

通过PBE计算得到[1D-IMGW]^-的（左）带结构和（右）态密度。

图三：材料计算的投影密度

计算得到[1D-IMGW]^-的状态投影密度（PDOS）（上）和状态的总密度（下）。

图四：部分电荷密度

[1D-IMGW] -的费米能级的部分电荷密度（isovalue = 0.0003 au）。

【小结】

作者基于之前对新构造的具有优异导电性的一维无限单原子金线（1D-IMGW）的研究，进行了广泛的密度泛函计算，以进一步研究添加一个电子后的1D-IMGW的电子特性（[1D-IMGW]^-），这能更深入了解1D-IMGW的电子传输机制。[1D-IMGW]^-的优化结构仍然是线性的，然而，其电子能带结构显示出导体特性。此外，该理论工作提供了研究一维单原子Au链的电子传输机制的方法，并且计算的PDOS和部分电荷密度表明1D-IMGW具有极强的电导率，其中电子沿着垂直于Corrole环的单原子Au链传导，分别由Au_c和Au_i的〖5d〗_(z^2 )和6s轨道组成。尽管在1D-IMGW上充电，但Au_c和Au_i仍然显示出Au³⁺和Au^-的混合氧化价态。

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

本文由材料人计算组大兵哥供稿，材料牛整理编辑。

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