مطالعه ی اثر هندسه ی اتصال دربهبود ویژگی های ترموالکتریکی پیوندگاه پلی آنیلین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه گیلان- گروه فیزیک

2 عضو هیئت علمی دانشگاه گیلان

3 همکار آزمایشگاه محاسباتی نانوفیزیک،گروه فیزیک، دانشکده علوم. دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در این مقاله ویژگی های ترموالکتریکی پیوندگاه مولکولی پلی آنیلین را برای سه هندسه ی متفاوت اتصال مولکول به الکترود شامل پارا (متقارن)، متا و اورتو (هر دو نامتقارن) بررسی می کنیم. الکترودهای انتخاب شده مشابه کارهای تجربی سه بعدی و مرکز وجهی می باشند و از رهیافت تابع گرین غیرتعادلی در رژیم پاسخ خطی برای به دست آوردن ضرایب ترموالکتریک استفاده می شود. هامیلتونی سیستم مورد بررسی با استفاده از روش تنگ بست نوشته می شود. نتایج نشان می دهد که هدایت الکتریکی و هدایت گرمایی در اتصال نامتقارن مولکول به الکترودها کاهش می یابد درحالی که توان گرمایی و عدد شایستگی در اتصال های نامتقارن رفتار بهتری را از خود نشان می دهند و در اتصال متا و اورتو دارای افزایش هستند. بنابراین عدم تقارن در اتصال این پیوندگاه مولکولی موجب بهبود کارایی ترموالکتریکی سیستم می شود که یک نتیجه ی مطلوب برای محققین می باشد. از طرف دیگر رفتار نوسانی توان گرمایی نشان می دهد که نوع حامل های شرکت کننده در تونل زنی گرمایی با تغییر مکان ترازهای انرژی مولکولی نسبت به تراز فرمی تغییر می کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of effect of coupling geometry in improvement of thermoelectric properties of polyaniline molecular junction

نویسندگان [English]

  • Hamid Rahimpour Soleimani 1
  • Meisam Bagheri Tajani 2
  • Zahra Golsanamloo 3
چکیده [English]

In this paper, we investigate thermoelectric properties of polyaniline molecular junction for three different coupling geometries of the coupling of the molecule to the electrodes including para (symmetric), meta and ortho (asymmetric) configurations. The selected electrodes are three dimensional and face center cubic (FCC) similar to the experimental works. The nonequilibrium Green function formalism is used to obtain thermoelectric coefficients in nonlinear response regime. The Hamiltonian of the system is described by tight binding method. The results show, in asymmetric coupling, the electrical conductance and thermal conductance decrease whereas thermopower and figure of merit show better behavior and increase in meta and ortho configurations. Therefore asymmetry in polyaniline molecular junction causes an improvement in thermoelectric efficiency of the junction that is a desirable result for scientists. On the other hand, the oscillating behavior of thermopower indicates the kind of carriers and the place of molecular energy levels relative to the Fermi energy change during the thermal tunneling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyaniline molecular junction
  • Coupling geometries
  • Green function
  • Thermoelectric properties

[1] H. Iwai, Roadmap for 22 nm and beyond. Microelectronic Engineering 86(7-9), 1520-1528 (2009).

[2] R. Ballardini, V. Balzani, A. Credi, M. T. Gandolfi, and M. Venturi, “Artificial molecular-level machines: Which energy to make them work?”, Accounts of Chemical Research 34(6), 445-455 (2001).

[3] Z. L. Wang and J. Song, “Piezoelectric nanogenerators based on zinc oxide nanowire arrays”, Science, 312(5771), 242-246 (2006).

[4] E. Pop, “Energy dissipation and transport in nanoscale devices”, Nano Research 3 147-169 (2010).

[5] N. Li, J. Ren, L. Wang, G. Zhang, P. Hänggi, and B. Li, “Colloquium: Phononics: Manipulating heat flow with electronic analogs and beyond”, Reviews of Modern Physics 84(3), 1045 (2012).

[6] C. W. Chang, D. Okawa, A. Majumdar, and A. Zettl, “Solid-state thermal rectifier”, Science 314(5802), 1121-1124 (2006).

[7] M. Ma, H. Liu, J. Xu, Y. Li, and Y. Wan, “Electrochemical polymerization of odihydroxybene and characterization of its polymers as polyacetylene derivatives”, The Journal of Physical Chemistry C 111(18), 6889-6896 (2007).

[8] F. Ren, F. Jiang, Y. Du, P. Yang, C. Wang, and J. Xu, “Fabrication of poly (omethoxyaniline)/Pt-M nanocomposites and their electrocatalytic activities for methanol oxidation”, Int. J. Electrochem. Sci. 6 5701-5709 (2011).

[9] L. Qin, S. Zhang, J. Xu, B. Lu, X. Duan, D. Zhu, and Y. Huang, “Novel Poly (ethylene oxide) Grafted Polycarbazole Conjugated Freestanding Network Films via Anionic and Electrochemical Polymerization”, Int. J. Electrochem. Sci. 8, 5299- 5313 (2013).

[10] F. Pauly, J. K. Viljas, and J. C. Cuevas, “Length-dependent conductance and thermopower in single-molecule junctions of dithiolated oligophenylene derivatives: A density functional study”, Physical Review B 78(3), 035315 (2008). [11] A. Tan, J. Balachandran, S. Sadat, V. Gavini, B. D. Dunietz, S. Y. Jang, and P. Reddy, “Effect of length and contact chemistry on the electronic structure and thermoelectric properties of molecular junctions”, Journal of the American Chemical Society 133(23), 8838-8841 (2011).

[12] R. Yakuphanoglu and B. F. Şenkal, “Electronic and thermoelectric properties of polyaniline organic semiconductor and electrical characterization of Al/PANI MIS diode”, The Journal of Physical Chemistry C 111(4), 1840-1846 (2007).

[13] P. Dutta, S. K. Maiti, and S. N. Karmakar, “Multi-terminal electron transport through single phenalenyl molecule: A theoretical study”, Organic Electronics 11(6), 1120-1128 (2010).

[14] G. C. Liang, A. W. Ghosh, M. Paulsson, and S. Datta, “Electrostatic potential profiles of molecular conductors”, Physical Review B 69(11), 115302 (2004).

[15] Y. Asai, “Nonequilibrium phonon effects on transport properties through atomic and molecular bridge junctions”, Physical Review B 78(4), 045434 (2008).

[16] S. Datta, Electronic transport in mesoscopic systems, Cambridge University Press (1997).

[17] Y. Meir and N. S. Wingreen, “Landauer formula for the current through an interacting electron region”, Physical review letters 68(16), 2512 (1992).

[18] M. Dey, S. K. Maiti, and S. N. Karmakar, “Effect of dephasing on electron transport in a molecular wire: Green’s function approach”, Organic Electronics 12(6), 1017-1024 (2011).

[19] M. Bagheri Tagani and H. Rahimpour Soleimani, “Influence of electronphonon interaction on the thermoelectric properties of a serially coupled double quantum dot system”, Journal of Applied Physics 112(10), 103719 (2012).

[20] Z. Golsanamlou, S. I. Vishkayi, M. B. Tagani, and H. R. Soleimani, “Thermoelectric properties of metal/molecule/metal junction for different lengths of polythiophene”, Chemical Physics Letters 594 51-57 (2014).