Rational Design of Photocontrolled Rectifier Switches in Single-Molecule Junctions Based on Diarylethene

二芳基乙烯 整改 密度泛函理论 分子开关 分子电子学 分子 小型化 分子工程 接受者 材料科学 化学 纳米技术 光致变色 化学物理 计算化学 电压 物理 量子力学 有机化学 凝聚态物理
作者
Ziye Wu,Peng Cui,Mingsen Deng
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:28 (20): 7158-7158
标识
DOI:10.3390/molecules28207158
摘要

The construction of multifunctional, single-molecule nanocircuits to achieve the miniaturization of active electronic devices is a challenging goal in molecular electronics. In this paper, we present an effective strategy for enhancing the multifunctionality and switching performance of diarylethene-based molecular devices, which exhibit photoswitchable rectification properties. Through a molecular engineering design, we systematically investigate a series of electron donor/acceptor-substituted diarylethene molecules to modulate the electronic properties and investigate the transport behaviors of the molecular junctions using the non-equilibrium Green’s function combined with the density functional theory. Our results demonstrate that the asymmetric configuration, substituted by both the donor and acceptor on the diarylethene molecule, exhibits the highest switching ratio and rectification ratio. Importantly, this rectification function can be switched on/off through the photoisomerization of the diarylethene unit. These modulations in the transport properties of these molecular junctions with different substituents were obtained with molecule-projected self-consistent Hamiltonian and bias-dependent transmission spectra. Furthermore, the current–voltage characteristics of these molecular junctions can be explained by the molecular energy level structure, showing the significance of energy level regulation. These findings have practical implications for constructing high-performance, multifunctional molecular-integrated circuits.
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