分子间距及洞位占据对碳双原子链电子输运性质的影响

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碳基材料缺陷协同

碳基材料缺陷协同碳基材料是一类独特的材料，具有优异的电学、热学和力学性能，因此在电子器件、能量存储、传感器等领域应用广泛。

碳基材料中存在着各种缺陷，如空位、氧杂质、晶格缺陷等，这些缺陷对碳基材料的性能和应用产生着深远的影响。

研究表明，适当的缺陷可以改变碳基材料的电子结构、机械性能和化学活性，从而对其性能进行调控和提升。

对碳基材料缺陷的协同效应进行深入研究具有重要的理论和应用意义。

一、碳基材料的缺陷类型1. 空位缺陷：空位是指由于原子缺失造成的晶格缺陷，对于碳基材料来说，空位有可能是碳原子的缺失，也有可能是其他原子的缺失。

空位缺陷能够影响材料的机械性能和电子输运性质。

2. 氧杂质：在碳基材料中，含氧基团的引入往往是不可避免的，氧杂质的引入会影响碳材料的电子结构和化学性质，因此也是一种重要的缺陷。

3. 晶格缺陷：包括晶格错位、层间滑移等缺陷，会直接影响碳基材料的力学性能和稳定性。

二、缺陷的协同效应1. 能量带结构的调控：适量的缺陷能够改变碳基材料的能量带结构，从而影响其导电性能。

石墨烯中的氧杂质能够引入额外的载流子，提高其导电性能。

2. 催化效应：适当的缺陷可以提高碳基材料的催化活性，氮掺杂能够提高碳基材料在电催化中的性能。

3. 机械性能的优化：适量的缺陷能够增加碳基材料的柔韧性，改善其机械性能，这对于碳基材料在柔性电子器件中的应用具有重要意义。

三、碳基材料缺陷协同的研究现状与前景目前，对碳基材料缺陷协同效应的研究正在逐渐深入。

随着实验技术和计算方法的不断发展，人们对碳基材料缺陷形成机理、缺陷对材料性能的影响机制等方面有了更加深入的了解。

未来，可以通过设计合成具有特定缺陷结构的碳基材料，并结合理论模拟手段，更加系统地研究碳基材料缺陷协同效应。

这将有助于为碳基材料的性能调控和应用开发提供理论基础和技术支持。

碳基材料缺陷协同效应是一个极具研究价值和应用前景的课题。

通过深入研究碳基材料中各种缺陷的形成机制、相互作用和对材料性能的影响，将有助于深化人们对碳基材料的理解，促进其在电子器件、能源存储等领域的应用开发。

双原子催化剂间距增强效应

双原子催化剂间距增强效应
首先，双原子催化剂间距增强效应可以通过调控催化剂表面原
子之间的相互作用来影响催化活性。

当两个原子之间的距离适当时，它们之间的相互作用可能会增强，从而促进催化反应的进行。

这种
相互作用可能导致活性位点的形成，提高催化剂的催化活性。

其次，双原子催化剂间距增强效应还可以影响催化剂的选择性。

通过调控双原子催化剂的间距，可以改变催化剂表面的吸附性质和
反应中间体的稳定性，从而影响催化反应的选择性。

这对于一些具
有多种反应产物的复杂催化反应尤为重要。

另外，双原子催化剂间距增强效应还可以通过调节催化剂的电
子结构来影响催化性能。

当两个原子之间的距离适当时，它们之间
的电子转移和重新分布可能会发生变化，从而影响催化剂的电子态
密度和反应活性。

总之，双原子催化剂间距增强效应在催化领域具有重要意义，
对于设计高效、高选择性的催化剂以及深入理解催化反应机理都具
有重要意义。

在实际应用中，科学家们可以通过调控双原子催化剂
的间距来实现对催化性能的精准调控，为催化剂设计和催化反应的优化提供新思路。

单分子器件与电极间耦合界面对电子传输的影响

单分子器件与电极间耦合界面对电子传输的影响3王利光1)　陈　蕾1)　郁鼎文2)　李　勇2)　Terence K S W3)1)(江南大学理学院,无锡　214122)2)(清华大学摩擦学国家重点实验室微纳制造分室,北京　100084)3)(新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院,新加坡　639798)(2005年10月26日收到;2007年3月22日收到修改稿) 利用自恰tight 2binding 理论,对由phenalenyl 分子构成的全对称三电极纳米单分子器件的电子传导特性进行了理论研究.通过改变电极与分子界面上的耦合,得出了分子与原子线电极间耦合强度变化对电子传输的影响.结果显示电子通过phenalenyl 分子器件的概率随着分子与电极的耦合强度变弱而减小.当耦合强度变大时,不仅电子通过phenalenyl 分子器件的概率变大,而且在较宽的能带内电子都可以通过phenalenyl 分子.所得结果还揭示出在特定的能区,对称三电极phenalenyl 分子可以构成一个无源正负能量开关器件的新特性.关键词:分子器件,耦合界面,电子传输PACC :6146,7340,5150,05603国家重点基础研究发展规划(973计划)项目(批准号:2006C B716204),教育部国际合作研究项目(批准号:20060360563)和江苏省先进光电材料重点实验室研究项目(批准号:BM2003202)资助的课题. E 2mail :liguangwang586@11引言纳米分子器件的发展速度超出了人们的预想,正如Mathur 所指出,在不远的将来,纳米电子器件将会跨越硅器件之路,成为下一代微电子技术的主体[1].纳米分子器件的发展对物理学、电子学、化学和材料科学等领域正在产生着广泛的影响,引起了多学科的科学工作者的广泛注意和研究兴趣.近年来,在分子器件的理论探索、实验研究和制作技术等方面,都取得了令人瞩目的进展.例如,分子线[2—4]、分子存储器[5]、单分子器件[6]、分子二极管[7]、分子三极管[8]、分子逻辑门电路[9]、多端分子桥[10—12]、分子线开关[13]、分子光开关[14]、分子器件的电特性[15—18]、分子器件的磁特性[19]、原子开关[20]、分子器件有序生成技术[21,22]等方面的研究都取得了突破性的结果.然而,这些研究工作都是针对器件的分子本体结构及其特性的.在实际的纳米电子线路中,分子器件与引线电极的连接,各类分子器件之间的连接都将直接地影响着分子器件的性能,甚至可能完全改变分子器件的工作状态.另外,由单分子或分子团簇形成器件的连接及耦合所产生的库仑阻塞、能级量子化和量子相干性都会表现得十分明显.因此,在注意到分子器件的纳米尺度效应的情况下,探索分子器件连接方式及耦合界面对电子传导量子过程的影响是十分重要的,而这一研究也是设计制作和实际应用纳米分子器件的理论基础.本研究选择了phenalenyl 分子为模型,选择了该分子中对称的三个碳原子与外部电极耦合形成了一个三端分子器件.利用自洽tight 2binding 理论方法[23,24]研究了耦合界面上跳跃积分对电子通过分子器件的影响.其目的是探索分子器件本体与电极间的耦合对电子传输过程和特性的影响,揭示耦合强度与phenalenyl 分子中电子传导特性之间的关系.21模型由于phenalenyl 分子有着独特的构型和π分子轨道,对称的D 3h 点群表征和良好的电子传导性能,人们不仅研究它的自组装生成单分子器件[25],而且它的一些电磁特性也被揭示出来[26].本工作中使用第56卷第11期2007年11月100023290Π2007Π56(11)Π6526205物　理　学　报ACT A PHY SIC A SI NIC AV ol.56,N o.11,N ovember ,2007ν2007Chin.Phys.S oc.的三电极phenalenyl 分子器件模型如图1所示,它由3个平面苯环并接,共有13个碳原子构成.其中有6个双键和9个单键,键长均为0114nm.电极1,2和3均由原子排列的链构成.考虑到phenalenyl 分子的尺寸(宽约为014nm ,高约为0149nm ),参照苯分子中碳氢键的长度,取原子链电极的长度均为0120nm.设电极内原子间是理想耦合状态,即电子在原子线电极上的传导都是弹道输运过程.phenalenyl 分子中的每个碳原子都有4个价电子,分别处于2S 和2P 轨道.其中3个是σ状态,只有1个是π状态.而碳原子导电时起主要作用的正是活跃的π原子轨道[27].这样,在研究phenalenyl 分子器件的电子传导过程中,只需要考虑13个π轨道电子.另外,在苯环中,每个碳原子的H OMO (highest occupied m olecular orbital )与LUMO (lowest unoccupiedm olecular orbital )之间的能级差较小[27],这一特性也有利于电子的传输.因此,相对于耦合界面,phenalenyl 分子内部的碳原子态对电子输运的影响是较小的.图1　三电极phenalenyl 分子器件模型在三电极phenalenyl 分子器件模型中,根据电子传导路径,其物理过程可以被分成7个部分.它们分别是输入电极,该电极与分子本体的耦合界面,phenalenyl 分子,分子本体与二个输出电极的耦合界面,最后经原子线电极输出.这样,入射电子在系统中的传输过程本质上可以分解为电子在三条原子线电极和phenalenyl 分子中的透射及在三个耦合界面上的散射.由于纳米尺度的量子效应,三电极phenalenyl 分子器件耦合界面对电子传输过程影响的准确物理描述应该是通过求解系统的量子波动方程来实现.31计算方法根据Landauer 2B üttiker 的理论[28,29],分子器件中电子传导的过程满足系统的薛定格方程H C Ψα(r )=E αΨα(r ),(1)其中,H C 和Ψα(r )分别是系统的哈密顿算子和波函数.哈密顿算子中的势函数在设定初始值之后,利用自恰方法计算求出.利用Fisher 2Lee 关系式[30],电子在对称三电极phenalenyl 分子器件中的透射率T S D (E )可以表示为T S D (E )=Tr[ΓS G RΓD G A ],(2)其中,ΓS 和ΓD 分别表示输入和输出电极与phenalenyl 分子之间的耦合,G R (A )是从输入点到输出点的延迟(R )或超前(A )G reen 函数,它们的具体形式分别是Γp (E )=i ΣR p -ΣAp(3)GR (A )=1E -H C -ΣR (A )1-ΣR (A )2-…-ΣR (A)n,(4)其中,ΣR (A )p(p =1,2,…,n )表示电子传输过程中来自相互作用势的延迟(R )自能和超前(A )自能,其形式是ΣR (A )p (E )=t 2p g R (A )p (E ),(5)(5)式中,t p 表示phenalenyl 分子与电极间的跳跃积分,其单位是eV.g R (A )p表示第p 条原子线电极的延迟和超前G reen 函数,其具体形式是g R (A )p(E )=E ±i4T 2p -E 22T 2p,(6)其中的T p 是相邻原子轨道之间的跳跃积分,其单位是eV.这样,我们得出了三电极phenalenyl 分子器件电子传输过程的量子力学方程式.41计算与结果利用上面得出的理论模型,我们完成了图1所示的三电极phenalenyl 分子器件中电极与分子间耦合界面对电子透射影响的理论研究.在计算过程中,根据phenalenyl 分子器件的结构特征,考虑到电子在分子中传输的物理实际,设定了以下的条件:725611期王利光等:单分子器件与电极间耦合界面对电子传输的影响1)根据tight 2binding 理论对系统本征值的要求,设分子和原子线电极中所有原子的能量是定态的.2)设分子内的每个键上及原子线电极内部均为普通耦合,即电子在这些区域的输运没有非弹性过程.3)由于主要研究分子与电极间耦合界面对电子传输的影响,为了使问题简化,忽略了电极中原子轨道的耦合略弱于分子内原子间耦合的情况,而这并不影响对耦合界面的研究.在这样的前提下,分子内相邻π原子轨道之间和原子线电极中的跳跃积分都用T 来表示.由于跳跃积分与传导电子的动能相关,考虑到电子的平均自由程和分子键的长度,我们在计算中取T =1112.4)考虑到phenalenyl 分子与原子线之间耦合界面的结构特征和连接方式直接影响着电子透射的物理过程,将界面耦合的变化分为4种状态来考虑:(a )t 1=t 2=t 3=016T ;(b )t 1=014T ,t 2=016T ,t 3=018T ;(c )t 1=014T ,t 2=018T ,t 3=110T ;(d )t 1=014T ,t 2=112T ,t 3=114T ,其中的t 1,t 2,t 3分别表示电极1,2和3与分子间的耦合.在分子与电极的耦合区域,利用量子干涉边界条件[31],对应输入和输出端点,在入射能量E =±210(eV )的区域,得出了电子通过三电极phenalenyl 分子的传输谱,全部结果如图2(a ),(b ),(c )和(d )所示.图2　三电极Phenalenyl 分子器件与电极耦合界面相关的电子传输谱　(a )t 1=t 2=t 3=016T ;(b )t 1=014T ,t 2=016T ,t 3=018T ;(c )t 1=014T ,t 2=018T ,t 3=110T ;(d )t 1=014T ,t 2=112T ,t 3=114T 结果显示,对称三电极phenalenyl 分子器件在E =±110(eV )的能区是近乎完全截止的,而只是在E =-110到-210,E =+110到+210的区域电子才可以通过.很显然,这一特性可以被用来构成随能量变化而呈现开关状态的无源三端单分子器件.图2(a )的结果说明,当三个电极与phenalenyl 分子之间的耦合相等时,三条电子传导谱线完全重合,这意味着电子流均匀地分配到三个电极上.这一结果不仅符合物理实际,而且可以在实际的纳米电子线路中构成一个三端电子流均衡分配器.图2(b )的结果说明,界面耦合的变化强烈地影响着电子通过phenalenyl 分子的概率.耦合较强的电极有较大的电子流输出,而耦合弱的电极有较小的电子流输出.图2(c )的结果说明,在保持输入端耦合不变的条件下,不同程度地加大电极2和3的耦合强度,不仅电子流变大,而且对应电子流流出的能区也随之变宽.图2(d )的结果说明,当电极3与分子的耦合较多超过跳跃积分时,跳跃积分的作用已经变得不明显,使得界面的量子化效应变小,电子流几乎都从这一点流出.而电极2的耦合还接近跳跃积分,其量子化效应影响着电子输运,导致该点上的电子流与电极3上的电子流有较大不同.同时还导致电子传输谱变得比较平滑.与前面的结果相比较,可以看出当一个电极耦合较强的时候,通过该电极的电子传输8256物理学报56卷谱的峰值变得比较宽.另外,如我们的研究结果所指出,传输谱的峰值还与分子的本征态紧密相关[10].在E=+112(-112)到E=+117(-117)的能区内,分子器件的传导性较好,其电子的透射率接近0187,这是实际纳米电路中需要的比较理想的连接耦合方式.从所得结果可以看出,对于由phenalenyl构成的单分子器件,在电极完全对称连接时,三个耦合点上的碳原子的分子轨道是对称的.在耦合系数相同的情况下,原子轨道的对称性没有被破坏,此时碳原子与电极间的相互作用相同,从而出现了三电极的电子传输完全一致的,如图2(a)所示的结果.而当耦合强度t1保持不变,t2和t3发生变化时,耦合点上原子轨道的相互作用必然发生变化,这将使态局域密度(LDOS)随之变化,从而影响着入射电子的传导,导致量子传输特性随之发生变化,这一变化已经显示在图2(b),(c)和(d)中.研究结果还显示, phenalenyl分子与电极的耦合强度越小,电子通过phenalenyl分子的概率就越小.在研究中,我们曾设定t1=t2=t3=0101,在这种情况下,电子几乎完全不能通过phenalenyl.随着耦合强度的变大,不仅电子透射过phenalenyl分子的概率变大,而且电子在较宽的能量区域内都可以通过phenalenyl分子.显然,这不仅对phenalenyl分子,对其他分子也具有普适的意义.从研究结果还可以看出,E=±110的能带内是电子透射的截止区,形成截止区的原因一是在此区域不存在phenalenyl分子的本征能级,二是入射电子能量绝对值较低,导致电子无法透射过分子.当电子的能量增加,达到phenalenyl分子的本征态能级而形成共振时才会出现电子透射的峰值,而峰值的幅度和宽度则是由耦合强度决定的.从研究结果中我们还发现,虽然都是由3个苯环构成,但并三苯环的电子输运特性[32]与phenalenyl 分子的完全不同.首先是本征能级的不同.另外,虽然都有4个共用碳原子,但由于phenalenyl具有中心对称点,且该点的分子轨道的幅值小于周围各原子点,甚至为零[33],加之D3h点群的对称多于带状分子,这样不仅产生了导通能区对称,并且截止能区变的较宽,大约210eV,这是很独特的电子输运特征.51结论在这一研究中,我们利用phenalenyl分子,设计了全对称三电极单分子器件模型,利用tight2binding 方法研究了电极与分子耦合变化对电子输运的影响,得出了在不同耦合状态下的电子传输谱.基于量子理论的研究结果显示出,phenalenyl分子器件的电子输运特征完全不同于一般的电子器件.它的电子输运呈非线性状态,类似于半导体材料.利用其特性,可以构造出一个很好的对应于正负能区无源开关器件.在纳米分子电子器件的探索研究中,phenalenyl 是很重要的分子之一.由于它可以自组装生成,且生成过程可以控制,制作成本较低,具有较好的电特性.它不仅可以用来制作单分子器件,还是构成碳纳米管和富勒稀分子族的基本单元,是纳米材料中较有代表性的分子,因此,本文的研究结果对碳纳米电子材料的研究开发有一定的借鉴意义.而其耦合界面对电子输运影响问题的研究不仅可以揭示出phenalenyl单分子器件的电子输运特征,而且具有某些普适性,可以为分子器件的实际连接及纳米电子线路的设计和制作提供理论基础和技术支持.[1]M athur N2002Nature419573[2]K ong J,Franklin N,Zhou C,Peng S,Cho J J,Dai H2000Science287622[3]Sm it R H M,N oat Y,Untiedt C,Lang N D,van Hemert M C,vanRuitenbeek2002Nature419906[4]Evers F,W eigend F,K ontopp M2004Phys.Rev.B69235411[5]Aviram A1988J.Am.Chem.Soc.1105687[6]Joachim C,G im zewski J K,Aviram A2000Nature408541[7]Cui Y,Lieber C M2001Science291851[8]T ans S J,Verschueren A R M,Dekker C1998Nature39349[9]Bachtold A,Hadley P2001Science2941317[10]W ang L G,T agam i K,Tsukada M2004Jap.J.o f Appl.Phys.432779[11]W ang L G,Li Y,Y u D W,W ang J2005Acta Phys.Sin.54233(in Chinese)[王利光、李　勇、郁鼎文、王　军2005物理学报54233][12]W ang L G,Li Y,Y u D W2005Chin.Phys.141011[13]Pati R,K ama S2004Phys.Rev.B6915419[14]Y asutom i S,M orita T,Imanishi Y A2004Science3041944[15]Bumm L A,Arnold J J,Dunbar T D1996Science2711705925611期王利光等:单分子器件与电极间耦合界面对电子传输的影响[16]Reed M A ,Zhou C ,Muller C J ,Burgin T P ,T our J M 1997Science 278252[17]Samanta M P ,T ian W ,Datta S ,Henders on J I ,K ubiak C P 1996Phys .Rev .B 53R7626[18]Evers F ,W eigend F ,K oentopp M 2004Phys .Rev .B 69235411[19]S trunk H 2004Science 30663[20]K erabe K,Hadegawa T ,Nakayamat 2005Nature 43347[21]D ou R F ,Jia J F ,Xu M J ,Pan M H ,He K,Zhang L J ,Xue Q K 2004Acta Phys .Sin .53871(in Chinese )[窦瑞芬、贾金锋、徐茂杰、潘明虎、何　珂、张丽娟、薛其坤2004物理学报53871][22]W ang YL ,Shi D X ,Ji W ,Du S X ,G uo H M ,Liu H W ,G ao H J 2004Acta Phys .Sin .53877(in Chinese )[王业亮、时东霞、季　威、杜世萱、郭海明、刘虹雯、高鸿钧2004物理学报53877][23]E lstner M ,P orezag D ,Jungnickel G,E lsner J ,Haugk M ,E lstner M ,Frauenheim Th ,Suhai S ,Seifert G1998Phys .Rev .B 587260[24]Datta S 1999Electronic Transport in Mesoscopic System (Cambridge University Press )p1412145[25]Zhang S ,Lan J ,K han I ,Rubin Y 2003J .Am .Chem .Soc .1255786[26]Chi X ,Itkis M E ,Reed R W ,Oakley R T ,C ordes A W ,Haddon R C 2002J .Phys .Chem .B 1068278[27]K ato R 2001Electronic transport in molecules (T oky o I wanam i )p4—13(加藤礼三2001分子の国の传道电子(东京:岩波书店)4—13)[28]Landauer R 1981Phys .Lett .85A 91[29]Buttiker M ,Landauer R ,Imry Y,Pinhas S 1985Phys .Rev .B 316207[30]Fisher D S ,Lee P A 1981Phys .Rev .B 236851[31]Mujica V ,K em p M ,Ratner M A 1994J .Chem .Phys .1016856[32]W ang L G,Y u D W ,Li Y,T erence K S W 2006J o f SyntheticCrystals 35998(in Chinese )[王利光、郁鼎文、李　勇、T erence K S W 2006人工晶体学报35998][33]T agam i K,W ang L G,Tsukada M 2004Nano Lett .4209Dependence of electronic 2transport sensitivity on the couplingbetween single molecule and atomic 2chain electrode 3W ang Li 2G uang 1)　Chen Lei 1)　Y u Ding 2W en 2)　Li Y ong 2)　T erence K S W 3)1)(School o f Science ,Southern Yangtze Univer sity ,Wuxi 214122,China )2)(Division o f Micro ΠNano Manu facturing ,State K ey Laboratory o f Tribology ,T singhua Univer sity ,Beijing 100084,China )3)(School o f Electrical and Electronic Engineering ,Nanyang Technological Univer sity ,639798,Singapore )(Received 26October 2005;revised manuscript received 22M arch 2007)AbstractThe electronic transport sensitivity depending on the coupling interface between a phenalenyl m olecule and atom ic chain lead in three 2electrode single 2m olecular device is theoretically m odeled and studied using self 2consistent tight 2binding method.E lectronic transm ission probabilities are obtained by changing the hopping integral on the interface.The result shows that the electron transm ission probability lowers as the coupling strength becomes weak.N ot only the transm ission probability shows high peaks ,but also the transm ission energy bands become w ider as the coupling strength increases.A novel property of the symmetrical three 2electrode phenalenyl m olecule device acting as a g ood plus 2m inus energy sw itch w ithout source is discovered.K eyw ords :m olecular device ,coupling interface ,electron transm ission PACC :6146,7340,5150,05603Project supported by the S tate K ey Development Program for Basic Research of China (G rant N o.2006C B716204),by the International C orporationProject from the Education Department of China (20060360563)and the K ey Laboratory of Advanced Photonic and E lectronic M aterials of Jiangsu Province (BM2003202).356物理学报56卷。

锚原子对碳原子链电子输运性质的影响

摘要：模拟了两侧包附苯环的碳原子链通过二硫代羧基和硫醇基与金电极（１１１）面连接组成的分子结的电子
输运特性。计算结果表明，锚基团的调制可以改变整个分子器件的电子输运性质。在苯环两侧的锚基团都是二硫代羧基的情况下，在体系电流一电压曲线上发现了新奇的负微分电阻现象；当苯环两侧的锚基团分别为二硫代羧基和硫醇基时，整个体系表现出明显的分子整流效应。
Ｔｉｖａｎｓｋ Байду номын сангаас 等人［３１通过实验证实了４，４一二巯基联苯
分子以双硫原子（二硫代羧基）与金电极的连接方式的导电率是它以单硫原子ｆ硫醇基）的连接方式的导
电率的３倍。Ｌｉ等人在Ｔｉｖａｎｓｋｉ等人的实验基础上，建立了４，４一二巯基联苯分子分别以这两种方式与金电极连接的分子器件，即ＢＤＣＴ（４，４一二巯
第２９卷第４期
２０１３年８月文章编号：１６７４ — ０８７４（２０１３）０４ — ００１７ — ０５
山西大同大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｘｉＤａｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
它表现出的开关效应在分子器件的设计中具有非常
重要的用途，并且在很多分子器件中都观察到
ＮＤＲ效应，因此研究ＮＤＲ不仅对于基础研究有重

分子链长对分子结电输运性质的影响

参考文献：
［￣ｒｎ，ａｓＨｉｉｅａ．ｈｐｃｏＥｏ－ｉｍｅｚｔｎｏｎｌｍｌｕｒｏｄｃｎｅＪ．ａｏ１ＭａｉＳＨｉｔｓＷ，ｇｎＳ，１Ｔｅｍａｔｆ —Ｚｐｔｓｒａｏｓｇｏｃｌｎｕｔｃ［￣ＮｎｇｓＪｔｉｈｏｏｉｉｎｉｅｅａｃａ－
［］ｉｉＣｌｏＥＪＭａｔ，ｔ１Ｅｅｔｏｈｍｉｌｃｎｉｕｎｌｇｓｅｔｓｏｙｏｅｏ－ａｔｅｌｕｅｏｎ４ＲｃＭ，ａ，ｒｎＳｅａ．ｌｒｃｅｃａｎｎｔｎｅｉｐｃｒｃｐｆｒｄｘｃｉｍｏｃｌｂｕｄｃＡｖｉｃａｓｇｎｏｖｅｓ
摘要：用杂化密度泛函理论，究了烷烃硫醇分子与金电极形成分子结的电子结构，用弹性散利研利射格林函数方法研究了烷烃硫醇分子的电输运性质，并同实验结果进行了比较。研究结果表明，低的在外加偏压下，烃硫醇分子电流值随着分子链长度的增加而指数减小。烷
一
２Ｒ一
第６期
李英德：分子链长对分子结电输运性质的影响
电子结构有关数据。从图表中可以看出，ＯＨＭＯ、ＵＬＭＯ及两者间的禁带宽度基本相同，其它各轨道略有变化，但总体分布基本一致。另外，我们还计算了四种分子与金电极的相互作用能，如表ｌ所示，以看可出，随着分子长度的增加，两电极距离变大，分子与电极的相互作用明显降低，这势必会影响电子在分子结

分子间作用力对间距的影响

分子间作用力对间距的影响
分子间作用力是指分子之间相互作用的力。

这种作用力对物质的性质和行为有着重要的影响。

它们的大小和性质取决于分子之间的距离和相对位置，也取决于它们的电性质，起源于电荷分布的变化，电子云的极化以及分子之间的氢键或范德华力等。

当分子之间距离较近时，作用力会变得更强。

这是因为距离越近，电子云之间的相互作用就越强烈。

在两个带有相同电荷的分子之间，由于它们带有相同的电荷，它们之间的排斥力将增大。

相反，在带有相反电荷的分子之间，由于它们带有相反的电荷，吸引力将增大。

因此，当分子之间距离适当时，它们之间的作用力会增加。

此外，分子之间的作用力也受其相对位置的影响。

如果分子的朝向不同，它们之间的吸引力可能会增加或减少。

例如，在氢键中，如果水分子的两个氢原子都朝向重氧原子的一个方向，那么它们与另一个水分子之间的氢键将会更强。

然而，如果氢原子向两个不同的方向，氢键的强度将会减弱。

最后，分子之间的作用力还取决于它们的电性质。

极性分子之间的作用力，如氢键，可能比非极性分子之间的相互作用力，如范德华力，更强。

这是因为极性分子中的分子极性使分子之间的电子云相互作用更强烈，从而增加了分子之间的作用力。

总之，分子间作用力对间距的影响是复杂的。

分子之间的距离、相对位置和电性质都可能影响它们之间的作用力。

通过深入研究这些因素，科学家们可以更好地理解分子间作用力及其在化学和生物学中的作用。

电子在晶格中的行为与输运性质分析

电子在晶格中的行为与输运性质分析导语：晶格是指原子、离子或者分子按照一定的空间周期性排列形成的结构。

电子在晶格中的行为与输运性质是材料科学中一个重要的研究方向。

本文将从晶格结构对电子行为的影响、电子输运过程以及相关应用等方面进行分析。

一、电子在晶格中的行为晶格结构对电子的行为具有重要影响。

首先是电子的能量分布。

根据布拉格衍射定律，晶格对入射电子束会发生衍射，形成特定方向的衍射斑。

晶格常数越小，衍射的角度越大，意味着电子丧失的动能越大。

这表明电子在晶格中的行为受到晶格间距的制约。

其次是电子的波动性质。

根据量子力学原理，电子不再被视为粒子，而是看作一种波动现象。

在晶格中，电子波函数会被晶格结构所限制，形成禁带结构。

禁带的宽度和位置决定了半导体、金属和绝缘体的特性。

此外，电子还表现出周期性的行为。

由于晶格结构的周期性，电子的运动受到周期性势场的制约。

这导致电子在晶格中的运动呈现出能级分立的特点，体现在能带结构和费米能级的形成。

二、电子的输运过程电子在晶格中的输运是指电子在晶格中的扩散和传导行为。

在固体材料中，通过电子的扩散和传导，能够实现电流的流动和热的传导。

电子的扩散是指在晶格中的电子在外加电场或浓度梯度的驱动下，从高电子浓度区域向低电子浓度区域移动的过程。

电子扩散的速率受到两种因素的影响：晶格点缺陷和温度。

晶格点缺陷可以影响电子的迁移率，进而影响电子的扩散速率。

而温度的变化可以改变晶格的振动状态，从而影响电子与晶格的相互作用和迁移能力。

电子的传导是指在晶体中的自由电子在外加电场作用下移动的过程。

金属是一类能够良好传导电流的材料，其电子传导的机制是由于金属晶格中存在大量自由电子。

电子在金属中的传导主要通过电子与自由空穴的碰撞和晶格振动的散射来实现。

三、电子在晶格中的应用电子在晶格中的行为与输运性质在材料科学和器件研发中有着广泛的应用。

例如，在半导体器件中，电子能带结构的特性决定了半导体的导电性能和电子器件的工作状态。

碳纳米管的电子输运性质与应用

碳纳米管的电子输运性质与应用碳纳米管是一种由纯碳构成的纳米级别的管状结构，其直径在1纳米至100纳米之间，长度可以达到数毫米，是目前已知的最细的纳米材料。

自1991年在美国IBM实验室被发现以来，碳纳米管因其优异的物理和化学性质，被认为是理想的芯片材料、分子电路元件材料、纳米传感器、高强材料等领域的重要材料之一，其电子输运性质得到了广泛的研究和应用。

碳纳米管的电子输运性质是探究其性质和应用的重要一步。

电子输运性质涉及到电子能级、电子传输行为等，其中电子能级是电子输运性质的关键基础。

碳纳米管的电子能级由于其结构的特殊性质，具有优异的特点。

碳纳米管是由一个或多个碳原子层卷成的石墨烯片形成的，其具有单电子能带结构，其能带宽度随着管径增大而变宽，因此其能级间隙呈现出良好的直径依赖性。

理论计算表明，纳米米级别的碳纳米管其电子能级处于半导体能带或金属性态，其包含的不同导电性质对于碳纳米管的应用产生了重要的影响。

与此同时，碳纳米管的电子输运行为也与其电子能带结构的特点密切相关。

碳纳米管可以表现出传统晶体材料无法达到的电子输运效应，如量子输运效应、迈斯纳效应、库伦阻尼效应等，这些效应是晶体材料中无法表现的，因此这些特殊的效应也使得碳纳米管成为纳米电子学研究中的重要对象。

当碳纳米管被含有金属电极的器件所封装时，碳纳米管成为分子电路中的传输媒介，其输运行为将对分子电路器件的功能和性能产生深远的影响。

碳纳米管的电子输运性质在医学、生物学、环境保护等领域也有着广泛的应用。

例如，基于交错排列的碳纳米管可用于蛋白质的超灵敏检测，因为当蛋白质结合到管壁上时，会导致电阻变化而轻易地捕获和检测到蛋白质的存在。

同时，碳纳米管也是一种环保型材料，其应用可减少人类对自然的危害物质。

例如，碳纳米管和其它大气污染物质可以通过静电吸附或化学吸附的方式被去除，并形成一种与生物相容的无害物质。

研究表明，碳纳米管的电子输运性质与其制备方法、物理、化学状态密切相关。

单壁碳纳米管的电子输运性质研究

单壁碳纳米管的电子输运性质研究单壁碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotube，SWCNT）作为一种新型半导体材料，由于其独特的结构和优异的电学性能，近年来受到了广泛的研究关注。

尤其是其在电子输运性质方面的研究，为理解其实际应用提供了重要的基础。

本文将从SWCNT的基本结构、电学性质和电子输运特性三个方面，对其进行深入探讨。

一、SWCNT的基本结构SWCNT是由单层碳原子组成的管状结构，可以看作是将一个石墨烯层沿着某一方向滚成管状而形成的。

有学者研究发现，SWCNT的直径和这个滚动方向呈现出一个量子化的关系，称为“Chiral Vector”。

这一关系导致了SWCNT的性质与其具体的滚动方向和直径有很大的关系，因此，不同的SWCNT在电学性质上表现出截然不同的特性。

二、SWCNT的电学性质SWCNT的电学性质来源于其主要的两种内部结构，即金属型和半导体型。

其中金属型SWCNT由于具有非常高的电导率，因此可以用作晶体管等高速电子器件中的电极；而半导体型SWCNT则具有可调控的能带结构和电子输运性质，因此在半导体电子学和纳米电子学中具有广泛的应用。

SWCNT的导电性质和其它半导体材料类似，它们的电子密度随着温度的升高而增加，因此其电导率会随着温度的升高而增大。

同时，由于SWCNT的电子输运过程与其直径、或者说“Chiral Vector”有关，因此，不同方向的SWCNT在电学性质上表现出不同的特性。

例如，研究表明直径为1.4nm的(9,1)SWCNT由于具有良好的空穴传输性质，因此可以用于制备高效的有机薄膜晶体管。

三、SWCNT的电子输运特性在SWCNT的电子输运中，除了“Chiral Vector”之外，还有其在表面和管内的碳原子结构等多种因素会影响其电子输运性质。

在SWCNT的图案化掺杂过程中，可以通过引入杂原子（如氢、氧、氮等）或者局部物理弯曲等方式来调制其电子输运性质。

炭晶体管原子偏移1.25度 -回复

炭晶体管原子偏移1.25度-回复什么是炭晶体管原子偏移1.25度？炭晶体管原子偏移1.25度是指在石墨烯晶体管中，碳原子相对于理想的位置向侧面偏移了1.25度。

石墨烯是由碳原子形成的一层具有六角晶格的二维晶体结构，具有优异的电学和热学性质。

石墨烯晶体管将石墨烯片段作为通道连接源极和栅极，通过在石墨烯表面施加电场，可以控制电子的运动和管道的导电性能。

而炭晶体管原子偏移1.25度则是一种特殊的结构调控手段，在石墨烯晶体管中引入这种偏移可以对电子输运性能产生显著影响。

这种原子偏移的引入是在石墨烯晶体管制备过程中实施的。

一种常见的方法是通过化学气相沉积（CVD）技术将石墨烯生长在金属衬底上。

在生长的过程中，科学家可以调控关键的实验参数，如温度、气氛和金属衬底的选择，以实现对石墨烯晶体管的结构调控。

炭晶体管原子偏移1.25度的实现主要依靠所选的金属衬底的晶格结构和相互作用的调控。

石墨烯晶体管的原子偏移可以对电子输运性能产生显著的影响。

首先，研究表明，炭晶体管原子偏移1.25度会在电子传输过程中引入准格子畸变，这导致了电子传输的非均匀性。

这对于一些电子器件的制备非常重要，尤其是在低温和高电流条件下。

此外，实验证明，在石墨烯晶体管上实现原子偏移还可以调控石墨烯的带隙结构，从而实现调控导电性能，如控制电子和空穴的传输比例和电子迁移率。

炭晶体管原子偏移1.25度的实现为石墨烯晶体管的电子学和光电学应用提供了新的途径和机会。

石墨烯作为一种材料具有很高的电子迁移率、透明性和柔性，因此可以应用于各种电子器件和体系中。

通过引入炭晶体管原子偏移，我们可以制备出更加优良的石墨烯晶体管，以实现更高的电子迁移率和更有效的能带调控，这对于发展更高性能的石墨烯晶体管电子器件具有重要的意义。

总结起来，炭晶体管原子偏移1.25度是一种利用化学气相沉积技术在石墨烯晶体管中引入原子偏移的方法。

这种结构调控手段可以显著影响石墨烯晶体管的电子输运性能，包括电子传输的非均匀性和带隙结构的调控。

ti2co2 空位 co2

ti2co2 空位 co2
Ti2CO2中的空位可能是指在Ti2CO2晶格中，由于晶格中原子的缺失或替换而形成的空位。

这些空位可能会影响Ti2CO2的物理和化学性质，例如导致其导电性、稳定性和催化性能的变化。

在Ti2CO2中，碳空位较易形成。

研究发现，无缺陷Ti2CO2原胞的带隙随着外加电场的增强而变小，费米能级附近的能带随着拉伸应力的增大而逐渐平滑。

这表明，碳空位的存在可能会影响Ti2CO2的电子结构和导电性能。

此外，Ti2CO2中的空位也可能影响其在光解水和NH3传感器等领域的应用。

在光解水过程中，Ti2CO2中的光生空穴可以快速转移到Ti2CO2上，且Ti2CO2本身具有良好的抗光腐蚀能力。

在NH3传感器方面，单层Ti2CO2被认为是一种有潜力的高灵敏度传感器材料。

总之，Ti2CO2中的空位对于理解其物理和化学性质以及探索其在相关领域的应用具有重要意义。

进一步的研究需要深入探索这些空位的形成、结构和性质，以实现对Ti2CO2的更精确控制和应用。

单_双硅原子链电子输运性质的理论模拟

第４０卷／第６期／２０１６年１１月
河北师范大学学报／自然科学版／ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＢＥＩＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ／ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ／
文章编号：１０００－５８５４（２０１６）０６－０４８５－０５
Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２０１６
图4结点在不同偏压下的透射谱3结束语利用dft与negf相结合的方法对硅原子链耦合在2个半无限长au金属电极表面所构成的纳米结点的电子输运性能进行了模拟计算分别考虑了单原子链双原子链优化未优化与金属电极耦合所形成的3种不同结构计算得到单原子链纳米结点的平衡电导为2659g0双原子链优化纳米结点的平衡电导为3020g0双原子链未优化纳米结点的平衡电导为3436g03种纳米结点的电子传输通道都主要是由si原子的p电子轨道形成的
２计算结果与讨论
在构建计算模型的过程中，以８个Ｓｉ原子构成的一维原子链为研究对象．先对自由原子链的结构进行
优化，直到每一个原子的作用力小于０．００５ｅＶ／ｎｍ，然后把优化过后的硅原子链与２金属电极相连构成纳米
子输运性质的计算是使用量子力学计算程序ＳＩＥＳＴＡ来完成的．它以密度泛函理论（ｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｔｈｅ－
ｏｒｙ，ＤＦＴ）与非平衡格林函数（ｎｏｎ－ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｇｒｅｅｎｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＮＥＧＦ）相结合的方法为基础．此方法已广泛
应用于模拟和解释分子器件的输运特性，并且能够得到与实验数据相吻合的计算结果．通过硅纳米结点的电

有限长双壁碳纳米管的电子输运性质

［!$］接触计算中采用的系统的模型如图 ! 7 为了简化，
，而另
［!"， !#］
7
研究显示在多壁碳纳米管中电子输运主要由最 7 因此为了简化理论模型，理论研究通常选取双壁碳纳米管为代表来揭示多壁碳纳米管的电子输运性质 7 根据组成双壁碳纳米管的两单壁碳管的轴向周期长度之比是否为有理数，双壁碳纳米管可分为公度的和非公度的 7 许多可能的因素，如碳纳米管与电极的接触、电子;电子相互作用、结构缺陷和无序用
图! 计算中采用的模型， …， !， "， ! 用来标记外层碳纳米管的轴向周期数日，相应地也给出了所计算的双壁管的长度
［!#， !$］质考虑每个碳原子的 ! 轨道， % 在这个模型中，
能量范围，此系统的电导小于（!’，管的电导且剧 !’）烈地振荡 % 这种能量依赖关系可归因子在电中性碳纳米管
［! : !%］
级分布特征，发现在电中性管的费米面附近，电导是量子化的，如把费米面移到高能量区域，电子输运将符合弱局域化理论 7 然而，为了更好地理解多壁碳纳米管的电子输运性质，直接计算它们的电导仍然是必要的，因为电导涉及到哈密顿中非对角项的影响，
［"$］因而对波函数的大小和相位变化都很敏感；另
碳纳米管电子输运性质电子器件小型化趋势为纳米科技的发展提供了强劲的动力7碳纳米管由于其完美的纳米尺寸的几何结构和丰富的电子性质成为制备纳米电子器件的理想材料单壁碳纳米管的电子输运表现了与几何结构密切相关的量子干涉输运特征进一步地多壁碳纳米管和碳纳米管束等可以看作是由单壁碳纳米管组合而成这些组合系统显现出了许多独特的物理性质其复杂的几何结构导致了电子性质的复杂性直到现在人们还未能很好地理解这些系统的性质甚至还有争议7一些实验发现多壁碳纳米管的电子输运是扩散型的研究显示在多壁碳纳米管中电子输运主要由最外层单壁碳纳米管决定因此为了简化理论模型理论研究通常选取双壁碳纳米管为代表来揭示多壁碳纳米管的电子输运性质7根据组成双壁碳纳米管的两单壁碳管的轴向周期长度之比是否为有理数双壁碳纳米管可分为公度的和非公度的7许多可能的因素如碳纳米管与电极的接触电子

碳碳双键的距离

碳碳双键的距离碳碳双键是有机化学中常见的一种化学键，也是构成有机分子的重要成分之一。

它是由两个碳原子通过共用四个电子而形成的双键。

本文将以碳碳双键的距离为主题，介绍碳碳双键的性质和应用。

碳碳双键的距离是指两个相邻碳原子之间的距离。

在有机化合物中，碳原子通过共价键连接在一起形成分子的骨架。

当两个碳原子之间形成双键时，它们的距离会缩短，因为双键的形成使得两个碳原子更加接近。

一般情况下，碳碳双键的距离约为0.134 nm。

碳碳双键的距离对有机分子的性质有着重要的影响。

首先，碳碳双键的存在使得有机分子具有了不同于单键的刚性和平面构型。

这种刚性和平面构型使得双键处的碳原子在反应中更容易发生变化，从而影响了有机分子的性质和反应活性。

碳碳双键的距离也与有机分子的共振结构密切相关。

共振结构是指在有机分子中，双键的位置可以在不改变分子化学组成的前提下发生变化。

这种变化可以通过改变双键的位置来实现，而碳碳双键的距离就决定了共振结构的稳定性和分布。

一般来说，碳碳双键的距离越短，共振结构越稳定。

碳碳双键的距离还与有机分子的键能和反应速率密切相关。

碳碳双键的形成需要克服一定的能垒，因此双键的键能要高于单键。

另外，碳碳双键也会影响有机分子的反应速率，因为双键处的碳原子更易受到攻击，从而促进了反应的进行。

在有机化学中，碳碳双键也有着广泛的应用。

例如，碳碳双键可以通过加成反应来合成新的化合物。

加成反应是指在双键处引入新的原子或基团，从而改变有机分子的结构和性质。

此外，碳碳双键还可以通过还原反应或氧化反应来改变它的性质和反应活性。

碳碳双键的距离是有机化学中一个重要的性质参数，它影响了有机分子的结构、性质和反应活性。

了解碳碳双键的距离对于理解有机化学反应的机理和应用具有重要意义。

希望通过本文的介绍，读者可以对碳碳双键有更深入的了解，并在实际应用中加以运用。

分子链间距

分子链间距
分子链间距是指相邻两个分子链之间的距离。

这个距离可以影响分子链的运动性质和相互作用。

一般来说，分子链间距越小，分子的相互作用越强，分子链的运动性质也会受到限制。

分子链间距的大小可以通过改变分子链的结构和物理条件来调节。

例如，在高温下，分子链间距会变大，因为分子的热运动会使它们分散开来。

此外，分子链间距还可以通过添加外部剂量来调节，如添加溶剂或添加化学品。

在材料科学和生命科学等领域，了解分子链间距的特性非常重要，因为它们可以直接影响材料的性能和生物体系的功能。

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碳60之间的作用力

碳60之间的作用力碳60是一种纳米材料，由由60个碳原子组成一个球形的分子结构，具有许多独特的物理和化学性质。

碳60之间的作用力对于其在纳米科技领域的应用起着至关重要的作用。

本文将探讨碳60之间的主要作用力，包括范德华力、静电力和共价键，并讨论其对碳60的组装、稳定性和性能的影响。

首先，范德华力是分子之间的一种弱作用力，在碳60之间起着主导作用。

它是由于电子云的不均匀分布而产生的，具有吸引作用，并且随着分子之间的距离的增加而减弱。

范德华力对于碳60的组装非常重要，它使得碳60分子能够相互靠近并形成晶体结构。

此外，范德华力还对碳60的稳定性起着关键的作用，因为它使得碳60分子能够紧密堆积在一起，减少分子之间的空隙，从而增强了其稳定性。

其次，静电力也是碳60之间的重要作用力之一、由于碳60分子带有分部电荷，它们之间会产生静电相互作用。

这种静电相互作用可以是吸引或斥力，取决于碳60分子之间的电荷分布。

静电力不仅对碳60的组装和稳定性起着关键作用，还对碳60的性能产生重要影响。

例如，静电相互作用可以影响碳60在溶液中的分散性，进而影响其溶解速率和反应性能。

最后，共价键也在碳60之间起到一定的作用。

碳60分子之间可以通过共用电子对形成共价键。

在固体中，共价键可以在碳60晶格中形成连续的石墨层。

共价键对于碳60的机械性能和导电性能具有重要影响，因为它决定了碳60晶格的稳定性和电导率。

此外，共价键还可以改变碳60分子的排列方式，从而引起不同的物理和化学性质。

总结起来，范德华力、静电力和共价键是碳60之间的三种主要作用力。

这些作用力对于碳60的组装、稳定性和性能具有重要影响。

范德华力使得碳60分子能够靠近并形成晶体结构，提高了其稳定性；静电力影响碳60在溶液中的分散性和反应性能；共价键决定了碳60的机械性能和导电性能。

通过深入研究和理解这些作用力，我们可以更好地利用碳60的特殊性质，并开发出更多的应用，从而推动纳米科技的发展。

空间位阻效应

空间位阻效应又称立体效应。

主要是指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍和偏离正常键角而引起的分子内的张力。

目录简介2基本介绍3类型分析4电子影响5科技运用6胺勺制备7现实意义8实例分析简介空间位阻效应主要指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作■—.I?*用。

如酶反应中空间位阻会降低英催化活性。

在配位化合物中,当向一个配体引入某些较大基团后,由于产生空间位阻，影响它与中心竝形成配位化合物。

空间产生影响的事实，每个原子在分子中占有一泄的空间。

如果原子是太接近了,两个相邻的原子就会形成重叠的电子云(表现为斥力),这可能会影响分子和首选形状(构)的反应。

基本介绍因分子中靠近反应中心的原子或基团占有一左的空间位置,而影响分子反应活性空间位阻效应的效应。

降低分子反应活性的空间效应称"空间阻碍”。

例如，邻位双取代的苯甲酸的酯化反应要比没有取代的苯甲酸困难得多。

同样，邻位双取代的苯甲酸酯也较难水解°这是由于邻位上的基团占据了较大的空间位置,阻碍了试剂(生、醴等)对竣基碳原子的进攻。

相反，反应物转变为活性中间体的过程中,如降低反应物的空间拥挤程度，则能提髙反应速度。

这种空间效应称“空间助效"。

例如，叔「基正离子比甲基正离子容易形成,这是因为在形成叔丁基正离子的反应中，空间拥挤程度降低得多一些，而在形成出墓正离子的反应中，空间拥挤程度相对降低得少一些。

空间效应是影响有机反应历程的重要因素。

空间位阻效应又称总遨应。

主要是指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间鯉和偏离正常键角而引起的分子内的张力。

如酶反应中空间位阻会降低其催化活性。

在配位化合物中,当向一个配体引入某些较大基团后，由于产生空间位阻，影响它与中心原子形成配位化合物。

如乙二胺(在配位化学中简写为en)易生成二乙二胺合铜(II)离子[Cu(en)2]2+,但N, N, N', N'-四甲基乙二胺(tmen),由于每个N上有两个甲基,空间位阻较大，不能生成[Cu(tmen)2]2+。