Quantum interference: The structural dependence of electron transmission through model systems and cross-conjugated molecules

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 112, Issue 43, 2008, Pages 16991-16998

  Andrews, David Q ^a   Solomon, Gemma C ^a   Goldsmith, Randall H ^a   Hansen, Thorsten ^a   Wasielewski, Michael R ^a   Van Duyne, Richard P ^a   Ratner, Mark A ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOND LENGTH ANALYSIS; CONJUGATED MOLECULES; DEPHASING; ELECTRON TRANSMISSIONS; LOW BIASES; MODEL SYSTEMS; NONEQUILIBRIUM GREEN'S FUNCTIONS; QUANTUM INTERFERENCES; SITE MODELS; STRUCTURAL DEPENDENCES; TRANSPORT MEASUREMENTS; TUNNELING REGIMES;

BOND LENGTH; DIFFERENTIAL EQUATIONS; DYNAMICS; GREEN'S FUNCTION; MOLECULAR DYNAMICS; QUANTUM CHEMISTRY; QUANTUM INTERFERENCE DEVICES; QUANTUM INTERFERENCE PHENOMENA;

MOLECULES;

EID: 56049083961     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp805588m     Document Type: Article

References (91)

1. Aviram, A.; Ratner, M. A. Chem. Phys. Lett. 1974, 29, 277.
2. Cuniberti, G.; Fagas, G.; Richter, K. Introducing Molecular Electronics; Springer: Berlin, 2005.
3. Selzer, Y.; Allara, D. L. Annu. Rev. Phys. Chem. 2006, 57, 593-623.
4. Joachim, C.; Ratner, M. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 8800.
5. Brandbyge, M.; Mozos, J.-L.; Ordejon, P.; Taylor, J.; Stokbro, K. Phys. Rev. B: Condens. Matter 2002, 65, 165401/1-165401/17.
6. Stokbro, K.; Taylor, J.; Brandbyge, M.; Ordejon, P. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2003, 1006, 212-226.
7. Zahid, F.; Paulsson, M.; Polizzi, E.; Ghosh, A. W.; Siddiqui, L.; Datta, S. J. Chem. Phys. 2005, 123, 064707.
8. Pecchia, A.; Carlo, A. D. Rep. Prog. Phys. 2004, 67, 1497-1561.
9. Kula, M.; Jiang, J.; Luo, Y. J. Comput. Theor. Nanosci. 2008, 5, 401-421.
10. Simmons, J. G. J. Appl. Phys. 1963, 34, 1793-1803.
11. Simmons, J. G. J. Appl. Phys. 1963, 34, 238-239.
12. Akkerman, H. B.; Naber, R. C. G.; Jongbloed, B.; van Hal, P. A.; Blom, P. W. M.; de Leeuw, D. M.; de Boer, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 11161-11166.
13. Grave, C; Risko, C; Shaporenko, A.; Wang, Y.; Nuckolls, C; Ratner, M. A.; Rampi, M. A.; Zharnikov, M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3816-3828.
14. Li, X.; He, J.; Hihath, J.; Xu, B.; Lindsay, S. M.; Tao, N. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2135-2141.
15. Wang, W.; Lee, T.; Reed, M. A. Phys. Rev. B 2003, 68, 035416.
16. Adi, S.; Till, B.; Calvin, K. C; Fabrice, A.; Olga, G.; David, C; Antoine, K. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 266807.
17. Akkerman, H. B.; Blom, P. W. M.; de Leeuw, D. M.; de Boer, B. Nature 2006, 441, 69-72.
18. Solomon, G. C; Andrews, D. Q.; Goldsmith, R. H.; Hansen, T.; Wasielewski, M. R.; Van Duyne, R. P.; Ratner, M. A., submitted.
19. Yacoby, A.; Helblum, M; Mahalu, D.; Shtrikman, H. Solid-State Electron. 1996, 40, 225-231.
20. Aihara, K.; Yamamoto, M.; Mizutani, T. Appl. Phys. Lett. 1993, 63, 3595-3597.
21. Debray, P.; Raichev, O. E.; Vasilopoulos, P.; Rahman, M.; Perrin, R.; Mitchell, W. C. Phys. Rev. B 2000, 61, 10950.
22. Datta, S. Superlattices Microstruct. 1989, 6, 83-93.
23. Schuster, R.; Buks, E.; Heiblum, M.; Mahalu, D.; Umansky, V.; Shtrikman, H. Nature 1997, 385, 417-120.
24. Lee, H. W. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2358.
25. Sols, F.; Macucci, M.; Ravaioli, U.; Hess, K. Appl. Phys. Lett. 1989, 54, 350-352.
26. Venkataraman, L.; Klare, J. E.; Tarn, I. W.; Nuckolls, C; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nano Lett. 2006, 6, 458-462.
27. Cui, X. D.; Primak, A.; Zarate, X.; Tomfohr, J.; Sankey, O. F.; Moore, A. L.; Moore, T. A.; Gust, D.; Harris, G.; Lindsay, S. M. Science 2001, 294, 571-4.
28. Morita, T.; Lindsay, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7262-7263.
29. Lindsay, S. M.; Ratner, M. A. Adv. Mater. 2007, 19, 23-31.
30. Landauer, R. IBM J. Res. Dev. 1957, 1.
31. Landauer, R. Philos. Mag. 1970, 21, 863-867.
32. Solomon, G. C; Gagliardi, A.; Pecchia, A.; Frauenheim, T.; DiCarlo, A.; Reimers, J. R.; Hush, N. S. Nano Lett. 2006, 6, 2431-2437.
33. Ernzerhof, M.; Zhuang, M.; Rocheleau, P. J. Chem. Phys. 2005, 123, 134704.
34. Mayor, M.; Weber, H. B.; Reichert, J.; Elbing, M.; Hänisch, C. v.; Beckmann, D.; Fischer, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 5834-5838.
35. Patoux, C; Coudret, C; Launay, J. P.; Joachim, C; Gourdon, A. Inorg. Chem. 1997, 36, 5037-5049.
36. Cardamone, D. M.; Stafford, C. A.; Mazumdar, S. Nano Lett. 2006, 6, 2422-2426.
37. Walter, D.; Neuhauser, D.; Baer, R. Chem. Phys. 2004, 299, 139-145.
38. Yaliraki, S. N.; Ratner, M. A. Ann. N.Y. Acad. Sci. 2002, 960, 153-162.
39. Sautet, P.; Joachim, C. Chem. Phys. Lett. 1988, 153, 511-516.
40. Ernzerhof, M.; Bahmann, H.; Goyer, F.; Zhuang, M.; Rocheleau, P. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1291-1297.
41. Goyer, F.; Ernzerhof, M.; Zhuang, M. J. Chem. Phys. 2007, 726, 144104-8.
42. Solomon, G. C; Andrews, D. Q.; Goldsmith, R. H.; Hansen, T.; Wasielewski, M. R.; Van Duyne, R. P.; Ratner, M. A., submitted.
43. Phelan, N. F.; Orchin, M. J. Chem. Educ. 1968, 45, 633-637.
44. Bruschi, M.; Giuffreda, M. G.; Liithi, H. P. ChemPhysChem 2005, 6, 511-519.
45. Bruschi, M.; Giuffreda, M. G.; Lüthi, H. P. Chem.-Eur. J. 2002, 8, 4216-4227.
46. Gholami, M.; Tykwinski. R. R. Chem. Rev. 2006, 106 4997-5027.
47. Tykwinski, R.; Zhao. Y. Synletl 2002, 1939-1953.
48. van der Veen, M. H.; Rispens. M. T.: Jonkman. H. T.: Hummelen. J. C. Adv. Fund. Mater. 2004, 14 215-223.
49. Moonen, N. N. P.; Pomerantz, W. C.: Gist. R.; Boudon, C; Gisselbrecht. J. P.; Kawai. T.; Kishioka, A.: Gross, M.; Irie, M.; Diederich. F. Chem.-Eur. J. 2005, 11 3325-3341.
50. Walree. C. A. v.; Kaats-Richters, V. E. M.; Veen. S. J.; Wieczorek, B.; Wiel, J. H. v. d.; Wiel. B. C. v. D. Eur. J. Org. Chem. 2004, 2004, 3046-3056.
51. Giuffreda, M. G.; Bruschi, M.: Lüthi, H. P. Chem.-Eur. J. 2004, 10, 5671-5680.
52. Marder, S. R.; Perry, J. W.; Tiemann, B. G.; Gorman, C. B.; Gilmour, S.; Biddle, S. L.; Bourhill, G. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 2524-2526.
53. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-52.
54. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
55. Shao, Y.; Molnar, L. F.; Jung, Y.; Kussmann, J.; Ochsenfeld, C; Brown, S. T.; Gilbert, A. T. B.; Slipchenko, L. V.; Levchenko, S. V.; O'Neill, D. P.; R., A. D., Jr.; Lochan, R. C.; Wang, T.; Beran, G. J. O.; Besley, N. A.; Herbert, J. M.; Lin, C. Y.; Voorhis, T. V.; Chien, S. H.; Sodt, A.; Steele, R. P.; Rassolov, V. A.; Maslen, P. E.; Korambath, P. P.; Adamson, R. D.; Austin, B.; Baker, J.; Byrd, E. F. C.; Dachsel, H.; Doerksen, R. J.; Dreuw, A.; Dunietz, B. D.; Dutoi, A. D.; Furlani, T. R.; Gwaltney, S. R.; Heyden, A.; Hirata, S.; Hsu, C.-P.; Kedziora, G.; Khalliulin. R. Z.; Klunzinger, P.; Lee, A. M.; Lee, M. S.; Liang, W.; Lotan, I.; Nair, N.; Peters, B.; Proynov, E. I.; Pieniazek, P. A.; Rhee, Y. M.; Ritchie, J.; Rosta, E.; Sherrill, C. D.; Simmonett, A. C; Subotnik, J. E.; Iii, H. L. W.; Zhang, W.; Bell, A. T.; Chakraborty, A. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 3172-3191.
56. The computations in this work are all based on the Landauer-Imry limit of coherent transport with only elastic scattering. This is valid in the situation where the electrode energy is not near a molecular resonance, so it holds for the low-voltage conductance cases. In higher voltage situations, the currents or conductances shown may require a more elaborate treatment, because there is at least one molecular resonance within or near the voltage window.
57. Galperin, M.; Ratner, M. A.; Nitzan, A. J. Phys.: Condens. Matter 2007, 103201.
58. Zahid, F.; Paulsson, M.; Datta, S. In Advanced Semiconductors and Organic Nano-Techniques Part III: Physics and Technology of Molecular and Biotech Systems; Morkoc, H., Ed.; Elsevier Academic Press: New York, 2003; Vol. III, pp. 1-40.
59. Brandbyge, M.; Mozos, J.-L.; Ordejon, P.; Taylor, J.; Stokbro, K. Phys. Rev. B 2002, 65, 165401/1-165401/17.
60. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; García, A.; Junquera, J.; Ordejón, P.; Sánchez-Portal, D. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745-2779.
61. Taylor, J.; Guo, H.; Wang, J. Phys. Rev. B 2001, 63, 245407.
62. ATK version 2.0.4.
63. Skinner. J. L.; Hsu. D. J. Phys. Chem. 1986, 90 4931-4938.
64. Nitzan, A. Annu. Rev. Phys. Chem. 2001, 52, 681-750.
65. Leggett, A. J.; Chakravarty, S.; Dorsey, A. T.; Fisher. M. P. A.; Garg. A.; Zwerger, W. Rev. Mod. Phys. 1987, 59, 1.
66. Goldsmith, R. H.; Wasielewski. M. R.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13066-13071.
67. Goldsmith, R. H.; Wasielewski, M. R.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 20258-20262.
68. Davis, W. B.; Wasielewski, M. R.; Ratner, M. A.; Mujica, V.; Nitzan, A. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 6158-6164.
69. Segal, D.; Nitzan, A. Chem. Phys. 2001, 268, 315-335.
70. Cherepy, N. J.; Shreve, A. P.; Moore, L. J.; Boxer, S. G.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 3250-3260.
71. Kennedy, S. P.; Garro, N.; Phillips, R. T. Phvs. Rev. Lett. 2001, 86, 4148.
72. Milota, F.; Sperling, J.; Szocs, V.; Tortschanoff, A.; Kauffmann, H. F. J. Chem. Phys. 2004, 120 9870-9885.
73. Myers. A. B. Annu. Rev. Phys. Chem. 1998, 49, 267-295.
74. Mohamad, T.; Gerald, J. S.; Shaul, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 1017-1024.
75. Sension, R. J. Nature 2007, 446, 740-741.
76. Lee, H.; Cheng, Y.-C; Fleming, G. R. Science 2007, 316, 1462-1465.
77. Venkataraman, L.; Klare, J. E.; Nuckolls, C.; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nature 2006, 442, 904-907.
78. Xiao, X.; Xu, B.; Tao, N. J. Nano Lett. 2004, 4, 267-271.
79. Xu, B.; Tao, N. J. Science 2003, 301, 1221-3.
80. Li, C; Pobelov, I.; Wandlowski, T.; Bagrets, A.; Arnold, A.; Evers, F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 318-326.
81. Venkataraman, L.; Park, Y. S.; Whalley, A. C.; Nuckolls, C.; Hybertsen, M. S.; Steigerwald, M. L. Nano Lett. 2007, 7, 502-506.
82. Basch, H.; Cohen, R.; Ratner, M. A. Nano Lett. 2005, 5, 1668-1675.
83. Dameron, A. A.; Ciszek, J. W.; Tour, J. M.; Weiss, P. S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16761-16767.
84. Lewis, P. A.; Inman, C. E.; Yao, Y.; Tour, J. M.; Hutchison, J. E.; Weiss, P. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12214-12215.
85. Andrews, D. Q.; Van Duyne, R. P.; Ratner, M. A. Nano Lett. 2008, 8, 1120-1126.
86. Tinker-Software Tools for Molecular Design 4.2.
87. Freedman, D.; Diaconis, P. Z. Wahrsch. Verwandte Geb. 1981, 57, 453-476.
88. Izenman, A. J. J. Am. Stat. Assoc. 1991, 86, 205-224.
89. Dahnovsky, Y.; Ortiz, J. V. J. Chem. Phys. 2006, 124, 144114-6.
90. Dahnovsky, Y.; Zakrzewski, V. G.; Kletsov, A.; Ortiz, J. V. J. Chem. Phys. 2005, 123, 184711-6.
91. Sterling, M. R., O. D. V. G. Z. Y. D. J. V. O. Int. J. Quantum Chem. 2007, 107, 3228-3235.