Electronic transport in a zig-zag-edge graphene nanoribbon (GNR) and its modification by adsorbed transition metal porphyrins is studied by means of density functional theory calculations. The detachment reaction of the metal centre of the porphyrin is investigated both in the gas phase and for molecules adsorbed on the GNR. As most metal porphyrins are very stable against this reaction, it is found that these molecules bind only weakly to a perfect nanoribbon. However, interaction with a single-atom vacancy in the GNR results in chemical bonding by the transition metal centre being shared between nitrogen atoms in the porphyrin ring and the carbon atoms next to the vacancy in the GNR. For both the physisorbed and the chemisorbed geometry, the inclusion of van der Waals interaction results in a significant enlargement of the binding energy and reduction of the adsorption height. Electronic transport calculations using non-equilibrium Greens functions show that the conductivity of the GNR is altered by the chemisorbed porphyrin molecules. Since the metal centers of porphyrins carry an element-specific magnetic moment, not only the net conductance, but also the spin-dependent conductance of the GNR is affected. In particular, the adsorption of Ru-porphyrin on the single-atom vacancy results in a very large spin polarization of the current of 88% at small applied source-drain voltages. Based on our results, we suggest that a spin valve constructed from a GNR with ferromagnetic contacts could be used as a sensitive detector that could discriminate between various metal porphyrins.


翻译:通过密度功能理论的计算,研究了在 zig-zag-sedge 石墨纳米树脂(GNR) 中的电子运输及其通过吸附过渡金属腐蚀剂(GNR)的修改。在气相和分子吸附于GNR的分子中,对porphrin的金属中心的异位反应进行了调查。由于大多数金属腐蚀剂在这种反应中非常稳定,发现这些分子只能微弱地结合到完美的纳米树脂中。然而,与GNR单原子空缺的相互作用导致过渡金属中心的化学结合在Porphyrin环中的氮和GRR的碳原子之间共享。对于物理和化学对吸附在GNRR的物理反应中,将van der Waals相互作用的结果导致绑定能量的大幅膨胀和吸附高度的减少。使用非碱性源绿色的电解计算结果显示,GNRR的导感应力在温度中,而精度的直径直径直的直径直流中, 也表明,磁感官的直径直径直径直径的直径直径直径直径直径直径, 分子的直径的直径直径直径直径对等的内, 也只能径对着的金属分子运动的磁的直的直径向中, 。

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