Fermi level pinning and orbital polarization effects in molecular junctions: The role of metal induced gap states

Advanced Functional Materials

Volumn 24, Issue 39, 2014, Pages 6154-6165

  Van Dyck, Colin ^a   Geskin, Victor ^a   Cornil, Jérôme ^a  

^a Laboratory for Chemistry of Novel Materials   (Belgium)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL COMPOUNDS; ELECTRODES; ELECTRONIC STRUCTURE; FERMI LEVEL; IONIZATION POTENTIAL; MOLECULAR ORBITALS; POLARIZATION;

CHEMICAL POTENTIAL EQUALIZATION; FERMI LEVEL PINNING; FUNCTIONAL DEVICES; ISOLATED COMPOUNDS; METAL-INDUCED GAP STATE; MOLECULAR JUNCTION; ORBITAL POLARIZATIONS; TRANSMISSION PEAKS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 84915815224     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201400809     Document Type: Article

References (88)

1. a) A. Aviram, Adv. Mater. 1989, 1, 124 ;
2. b) K. S. Kwok, J. C. Ellenbogen, Mater. Today 2002, 5, 28 ;
3. c) M. A. Ratner, Mater. Today 2002, 5, 20 ;
4. d) J. R. Heath, M. A. Ratner, Phys. Today 2003, 56, 43 .
5. E. Scheer, J.-C. Cuevas, Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment, World Scientific Publishing Company, Singapore 2010 .
6. A. Aviram, M. A. Ratner, Chem. Phys. Lett. 1974, 29, 277 .
7. A. Salomon, D. Cahen, S. Lindsay, J. Tomfohr, V. B. Engelkes, C. D. Frisbie, Adv. Mater. 2003, 15, 1881 .
8. a) R. L. McCreery, Chem. Mater. 2004, 16, 4477 ;
9. b) D. M. Adams, L. Brus, C. E. D. Chidsey, S. Creager, C. Creutz, C. R. Kagan, P. V. Kamat, M. Lieberman, S. Lindsay, R. A. Marcus, R. M. Metzger, M. E. Michel-Beyerle, J. R. Miller, M. D. Newton, D. R. Rolison, O. Sankey, K. S. Schanze, J. Yardley, X. Zhu, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6668 .
10. S. M. Lindsay, M. A. Ratner, Adv. Mater. 2007, 19, 23 .
11. R. L. McCreery, H. Yan, A. J. Bergren, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 1065 .
12. Y. Imry, R. Landauer, Rev. Mod. Phys. 1999, 71, S306 .
13. a) M. Brandbyge, J.-L. Mozos, P. Ordejón, J. Taylor, K. Stokbro, Phys. Rev. B 2002, 65, 165401 ;
14. b) K. Stokbro, J. Taylor, M. Brandbyge, H. Guo, in Introducing Molecular Electronics Vol. 680 (Eds: G. Cuniberti, K. Richter, G. Fagas), Springer Berlin Heidelberg 2005, 117 .
15. J. Taylor, H. Guo, J. Wang, Phys. Rev. B 2001, 63, 245407 .
16. a) Y. Xue, S. Datta, M. A. Ratner, Chem. Phys. 2002, 281, 151 ;
17. b) M. Koentopp, C. Chang, K. Burke, R. Car, J. Phys.: Condens. Matter 2008, 20, 083203 ;
18. c) L. A. Zotti, T. Kirchner, J.-C. Cuevas, F. Pauly, T. Huhn, E. Scheer, A. Erbe, Small 2010, 6, 1529 .
19. a) B. Kim, S. H. Choi, X. Y. Zhu, C. D. Frisbie, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19864 ;
20. b) H. Sakaguchi, A. Hirai, F. Iwata, A. Sasaki, T. Nagamura, E. Kawata, S. Nakabayashi, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 3708 ;
21. c) N. J. Tao, Nat. Nanotechnol. 2006, 1, 173 .
22. J. P. Bergfield, M. A. Ratner, Phys. Status Solidi B 2013, 250, 2249 .
23. F. Meng, Y.-M. Hervault, L. Norel, K. Costuas, C. Van Dyck, V. Geskin, J. Cornil, H. H. Hng, S. Rigaut, X. Chen, Chem. Sci. 2012, 3, 3113 .
24. C. Van Dyck, V. Geskin, A. J. Kronemeijer, D. M. de Leeuw, J. Cornil, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 4392 .
25. M. Irie, Chem. Rev. 2000, 100, 1685 .
26. a) D. Dulić, S. J. van der Molen, T. Kudernac, H. T. Jonkman, J. J. D. de Jong, T. N. Bowden, J. van Esch, B. L. Feringa, B. J. van Wees, Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 207402 ;
27. b) H. Jin, C. Fan, A. L. Paul, A. Joakim, D. S. Stephen, G. Devens, A. M. Thomas, L. M. Ana, L. Jun, F. S. Otto, M. L. Stuart, Nanotechnology 2005, 16, 695 ;
28. c) A. J. Kronemeijer, H. B. Akkerman, T. Kudernac, B. J. van Wees, B. L. Feringa, P. W. M. Blom, B. de Boer, Adv. Mater. 2008, 20, 1467 ;
29. d) S. J. van der Molen, J. Liao, T. Kudernac, J. S. Agustsson, L. Bernard, M. Calame, B. J. van Wees, B. L. Feringa, C. Schönenberger, Nano Lett. 2008, 9, 76 .
30. J. Tersoff, Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 465 .
31. R. T. Tung, Mater. Sci. Eng.: R: Rep. 2001, 35, 1 .
32. a) M. Fahlman, A. Crispin, X. Crispin, S. K. M. Henze, M. P. d. Jong, W. Osikowicz, C. Tengstedt, W. R. Salaneck, J. Phys.: Condens. Matter 2007, 19, 183202 ;
33. b) S. Braun, W. R. Salaneck, M. Fahlman, Adv. Mater. 2009, 21, 1450 ;
34. c) J. Hwang, A. Wan, A. Kahn, Mater. Sci. Eng.: R: Rep. 2009, 64, 1 .
35. a) M. Levy, J. P. Perdew, V. Sahni, Phys. Rev. A 1984, 30, 2745 ;
36. b) C. O. Almbladh, U. von Barth, Phys. Rev. B 1985, 31, 3231 .
37. a) G. Heimel, F. Rissner, E. Zojer, Adv. Mater. 2010, 22, 2494 ;
38. b) G. Heimel, E. Zojer, L. Romaner, J.-L. Bré das, F. Stellacci, Nano Lett. 2009, 9, 2559 ;
39. c) F. Rissner, G. M. Rangger, O. T. Hofmann, A. M. Track, G. Heimel, E. Zojer, ACS Nano 2009, 3, 3513
40. a) A. Staykov, D. Nozaki, K. Yoshizawa, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3517 ;
41. b) A. Odell, A. Delin, B. Johansson, I. Rungger, S. Sanvito, ACS Nano 2010, 4, 2635 ;
42. c) C. D. Pemmaraju, I. Rungger, S. Sanvito, Phys. Rev. B 2009, 80, 104422 .
43. M. J. T. Frisch, G. W. Schlegel, H. B. Scuseria, G. E. Robb, M. A. Cheeseman, J. R. Scalmani, G. Barone, V. Mennucci, B. Petersson, G. A. Nakatsuji, H. Caricato, M. Li, X. Hratchian, H. P. Izmaylov, A. F. Bloino, J. Zheng, G. Sonnenberg, J. L. Hada, M. Ehara, M. Toyota, K. Fukuda, R. Hasegawa, J. Ishida, M. Nakajima, T. Honda, Y. Kitao, O. Nakai, H. Vreven, T. Montgomery, J. A. Peralta Jr., J. E. Ogliaro, F. Bearpark, M. Heyd, J. J. Brothers, E. Kudin, K. N. Staroverov, V. N. Kobayashi, R. Normand, J. Raghavachari, K. Rendell, A. Burant, J. C. Iyengar, S. S. Tomasi, J. Cossi, M. Rega, N. Millam, N. J. Klene, M. Knox, J. E. Cross, J. B. Bakken, V. Adamo, C. Jaramillo, J. Gomperts, R. Stratmann, R. E. Yazyev, O. Austin, A. J. Cammi, R. Pomelli, C. Ochterski, J. W. Martin, R. L. Morokuma, K. Zakrzewski, V. G. Voth, G. A. Salvador, P. Dannenberg, J. J. Dapprich, S. Daniels, A. D. Farkas, Ö. Foresman, J. B. Ortiz, J. V. Cioslowski, J. Fox, D. J., Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009 .
44. a) A. D. Becke, J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648 ;
45. b) A. D. Becke, Phys. Rev. A 1988, 38, 3098 ;
46. c) C. Lee, W. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785 .
47. a) A. Goldberg, A. Murakami, K. Kanda, T. Kobayashi, S. Nakamura, K. Uchida, H. Sekiya, T. Fukaminato, T. Kawai, S. Kobatake, M. Irie, J. Phys. Chem. A 2003, 107, 4982 ;
48. b) F. L. E. Jakobsson, P. Marsal, S. Braun, M. Fahlman, M. Berggren, J. r. m. Cornil, X. Crispin, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18396 .
49. a) J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 ;
50. b) Y. Zhang, W. Yang, Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 890 .
51. J. Junquera, Ó. Paz, D. Sánchez-Portal, E. Artacho, Phys. Rev. B 2001, 64, 235111 .
52. a) H. Kondoh, M. Iwasaki, T. Shimada, K. Amemiya, T. Yokoyama, T. Ohta, M. Shimomura, S. Kono, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 066102 ;
53. b) F. Remacle, R. D. Levine, Chem. Phys. Lett. 2004, 383, 537 ;
54. c) A. Perrier, F. Maurel, J. Aubard, J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9688 .
55. a) J. Li, G. Speyer, O. F. Sankey, Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 248302 ;
56. b) D. Q. Andrews, R. Cohen, R. P. Van Duyne, M. A. Ratner, J. Chem. Phys. 2006, 125, 174718 ;
57. c) X.-W. Yan, R.-J. Liu, Z.-L. Li, B. Zou, X.-N. Song, C.-K. Wang, Chem. Phys. Lett. 2006, 429, 225 .
58. H. J. Monkhorst, J. D. Pack, Phys. Rev. B 1976, 13, 5188 .
59. a) R. Stowasser, R. Hoffmann, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 3414 ;
60. b) E. J. Baerends, O. V. Gritsenko, R. van Meer, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 16408 .
61. H. Mera, Y. M. Niquet, Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 216408 .
62. C. Jin, M. Strange, T. Markussen, G. C. Solomon, K. S. Thygesen, J. Chem. Phys. 2013, 139, 184307 .
63. M. Strange, C. Rostgaard, H. Häkkinen, K. S. Thygesen, Phys. Rev. B 2011, 83, 115108 .
64. a) A. Cehovin, H. Mera, J. H. Jensen, K. Stokbro, T. B. Pedersen, Phys. Rev. B 2008, 77, 195432 ;
65. a) S.-H. Ke, H. U. Baranger, W. Yang, J. Chem. Phys. 2007, 126, 201102 .
66. a) J. B. Neaton, M. S. Hybertsen, S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 216405 ;
67. b) J. M. Garcia-Lastra, K. S. Thygesen, Phys. Rev. Lett. 2011, 106, 187402 ;
68. c) A. M. Souza, I. Rungger, C. D. Pemmaraju, U. Schwingenschloegl, S. Sanvito, Phys. Rev. B 2013, 88, 165112 ;
69. d) Q. Wu, T. Van Voorhis, J. Chem. Phys. 2006, 125, 164105 .
70. J. M. Garcia-Lastra, C. Rostgaard, A. Rubio, K. S. Thygesen, Phys. Rev. B 2009, 80, 245427 .
71. R. G. Parr, W. Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press, New York 1989 .
72. L. Venkataraman, Y. S. Park, A. C. Whalley, C. Nuckolls, M. S. Hybertsen, M. L. Steigerwald, Nano Lett. 2007, 7, 502 .
73. N. Crivillers, A. Liscio, F. Di Stasio, C. Van Dyck, S. Osella, D. Cornil, S. Mian, G. M. Lazzerini, O. Fenwick, E. Orgiu, F. Reinders, S. Braun, M. Fahlman, M. Mayor, J. Cornil, V. Palermo, F. Cacialli, P. Samori, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 14302 .
74. R. S. Mulliken, J. Chem. Phys. 1934, 2, 782 .
75. R. G. Parr, R. A. Donnelly, M. Levy, W. E. Palke, J. Chem. Phys. 1978, 68, 3801 .
76. R. T. Sanderson, Science 1951, 114, 670 .
77. W. J. Mortier, S. K. Ghosh, S. Shankar, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 4315 .
78. a) R. T. Tung, Phys. Rev. B 2001, 64, 205310 ;
79. b) X. Crispin, V. Geskin, A. Crispin, J. Cornil, R. Lazzaroni, W. R. Salaneck, J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8131 .
80. G. Kastlunger, R. Stadler, in http://arxiv.org/abs/1312.5607, 2013 .
81. a) G. C. Liang, A. W. Ghosh, M. Paulsson, S. Datta, Phys. Rev. B 2004, 69, 115302 ;
82. b) H. Dalgleish, G. Kirczenow, Phys. Rev. B 2006, 73, 245431 ;
83. c) Y. Xue, M. A. Ratner, Phys. Rev. B 2003, 68, 115406 ;
84. d) C.-C. Kaun, H. Guo, Nano Lett. 2003, 3, 1521 ;
85. e) Ž. Crljen, A. Grigoriev, G. Wendin, K. Stokbro, Phys. Rev. B 2005, 71, 165316 ;
86. f) Y. X. Zhou, F. Jiang, H. Chen, R. Note, H. Mizuseki, Y. Kawazoe, J. Chem. Phys. 2008, 128, 044704 .
87. a) C. Zeng, B. Li, B. Wang, H. Wang, K. Wang, J. Yang, J. G. Hou, Q. Zhu, J. Chem. Phys. 2002, 117, 851 ;
88. b) J. A. Malen, P. Doak, K. Baheti, T. D. Tilley, R. A. Segalman, A. Majumdar, Nano Lett. 2009, 9, 1164 .