[發(fā)明專利]一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010525378.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN111681713B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀利軍;張金沙;何承運(yùn);趙勃陽;陳偉中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C10/00
• 分類號(hào): G16C10/00;G16C20/30;G16B5/00;G01N27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法及其應(yīng)用，屬于電化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明構(gòu)建的模型是首先獲取待測(cè)分子的分子結(jié)構(gòu)，接著對(duì)能量最小化的核酸結(jié)構(gòu)進(jìn)行DFT計(jì)算，以獲得電子哈密頓量；然后再基于Landauer?Büttiker框架開發(fā)的雙螺旋的退相干輸運(yùn)模型，量子輸運(yùn)計(jì)算使用Landauer?Büttiker框架進(jìn)行。與現(xiàn)有技術(shù)中的模型相比較，本發(fā)明使用格林函數(shù)公式和Büttiker探針來實(shí)現(xiàn)將兩電級(jí)及外界環(huán)境的耦合作用加以考慮，用該模型來解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明構(gòu)建的模型適用于對(duì)核酸分子、生物大分子、天然高分子、合成高分子等聚合物的電導(dǎo)率、有效電荷傳輸率等電學(xué)性質(zhì)的檢測(cè)分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

核酸在許多生物系統(tǒng)和活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。近年來，工程師和科學(xué)家對(duì)研究其電性能一直很感興趣，這些研究的動(dòng)機(jī)源于以下事實(shí)：(1)構(gòu)成核酸構(gòu)件的堿基具有獨(dú)特的電離勢(shì)，此外核酸是可以以高精確度可重復(fù)生產(chǎn)的少數(shù)納米材料之一。因此，具有特定序列的設(shè)計(jì)鏈可能會(huì)提供獨(dú)特的設(shè)備特性；(2)電學(xué)方法為基于單個(gè)分子的核酸測(cè)序提供了潛力；(3)基于核酸流過的電流的疾病檢測(cè)的電學(xué)方法開始被證明。

盡管在上述領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)是有希望的，但是需要發(fā)展對(duì)通過核酸的電流的更深入的了解。而要在這些分子中流動(dòng)的電流的建模很復(fù)雜，其原因在于：(1)它們基于核酸和金屬之間的原子級(jí)接觸，無法以可復(fù)制的方式建立；(2)核酸的電導(dǎo)率容易受到環(huán)境的影響，環(huán)境是不斷變化的；(3)核酸本身具有軟性。

因此為了能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)核酸之類的大分子電性能研究過程中存在的缺陷，需要開發(fā)一種新的包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法；本發(fā)明的目的之二在于提供一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型在檢測(cè)聚合物分子電導(dǎo)率中的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1.一種包含退相干作用的聚合物分子電學(xué)性質(zhì)的模型構(gòu)建方法，所述方法包括如下步驟：

(1)獲取待測(cè)分子的結(jié)構(gòu)信息；

(2)本模型中將所述待測(cè)分子置于兩個(gè)納米級(jí)金屬電極之間進(jìn)行模擬電測(cè)量；

(3)將所述結(jié)構(gòu)信息用于Gaussian計(jì)算中完成密度泛函理論(DFT)計(jì)算得到哈密頓量H；

(4)用現(xiàn)象學(xué)Büttiker探針，將所述待測(cè)分子中電子與分子的晶格振動(dòng)以及周圍的電磁場(chǎng)之間的相互作用考慮入內(nèi)，構(gòu)建包含退相干作用的模型，得到費(fèi)米能量E處的延遲格林函數(shù)G^r_M，

其中E為費(fèi)米能量，單位為eV、H為步驟(3)中所述哈密頓量，單位為eV、I為與H大小相同的單位矩陣，單位為1、∑_L^r為左電極的超前自能，單位為eV、∑_R^r為右電極的超前自能，單位為eV、∑_B為Büttiker探針產(chǎn)生的自能，單位為eV；

(5)計(jì)算相干傳輸率T(E)，

T(E)＝Trace(Γ_LG^r_MΓ_RG^a_M) (2)，

其中Γ_L和Γ_R表示將待測(cè)分子放置在左電極或右電極附近時(shí)分子能級(jí)的擴(kuò)展，單位為eV、G^a_M為超前格林函數(shù)，單位為eV；