[发明专利]一种通过表面应变控制自组装金属有机界面分子开关转变的方法

权利要求书

1.一种通过表面应变控制自组装金属有机界面分子开关转变的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：

(1)从铜体相中得到纯净的Cu(111)表面，并构建3×3×1的Cu(111)表面，对其结构进行优化，获得稳定Cu(111)表面；

(2)构建出吡嗪分子在Cu(111)表面不同位置的初始吸附构型，并进行结构优化，获得稳定的物理吸附态和化学吸附态自组装结构，计算吡嗪分子在Cu(111)表面的吸附势能曲线，获得开关转变能垒；

(3)通过改变构建晶胞的尺寸，对Cu(111)表面分别施加拉应变和压应变，改变吡嗪分子在Cu(111)表面的物理吸附态和化学吸附态的相对稳定性，并建立应变大小与吡嗪分子物理吸附能和化学吸附能的数值关系；

(4)计算不同应变下吡嗪分子在Cu(111)表面的吸附势能曲线，筛选出能够驱动吡嗪分子在物理吸附态和化学吸附态间发生转变的应变，并采用筛选出的应变实现对自组装分子开关转变的操控，得到应变控制的自组装分子开关。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从构建3×3×1的Cu(111)表面的方法如下：

利用Materials Studio软件，导入铜单胞结构，采用PBE+vdW^surf的DFT方法对晶格常数进行优化；对优化后的Cu单胞进行切面，得到1×1的8层Cu(111)面；使用supercell功能建立3×3×1的Cu(111)表面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从构建吡嗪分子在Cu(111)表面的初始吸附构型的方法如下：

采用Materials studio建立吡嗪分子，将分子摆放至八种初始吸附位置，将分子与表面初始距离分别为设为3埃和2埃，分别用于获得物理吸附态和化学吸附态的界面结构。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算吸附势能曲线的方法如下：

改变分子中间四个碳原子与Cu(111)表面的距离，对其进行结构优化，优化过程中，碳原子的Z坐标固定，仅弛豫X和Y方向坐标，其余原子得到充分弛豫，最终获得吡嗪分子与Cu(111)表面结合能随吸附高度变化的势能曲线。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对Cu(111)施加应变的方法如下：

按照百分比同时改变构建晶胞在X、Y、Z方向的大小，固定下面四层金属原子，对体系进行结构优化，应变计算公式为ε＝(a-a₀)/a₀，其中ε为应变大小，负值为压应变，正值为拉应变，a为应变后构建晶胞沿X(Y、Z)轴的尺寸，a₀为未施加应变时晶胞沿X(Y、Z)轴的尺寸，X、Y、Z方向的ε需保持一致。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变吡嗪分子在Cu(111)表面的物理吸附态和化学吸附态的相对稳定性的方法如下：

应变取值区间为-3％～3％，负值为压应变，正值为拉应变，分别将吡嗪分子中碳原子固定在距离Cu(111)表面2.2埃和2.8埃下，其中2.2埃和2.8埃分别对应化学吸附高度和物理吸附高度，然后对吸附体系进行优化，获得相应结构的吸附能，对比不同应变下吡嗪分子物理吸附态和化学吸附态的吸附能的变化。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，筛选出能够驱动吡嗪分子在物理吸附态和化学吸附态间发生转变的应变的方法如下：

应变取值区间为-3％～3％，负值为压应变，正值为拉应变，在选取数值应变条件下，计算吡嗪分子在Cu(111)面的吸附势能曲线，记录吸附体系仅存在物理吸附态或化学吸附态的应变范围记录，利用仅存在物理吸附态的应变用于驱动从化学吸附态到物理吸附态的转变，利用仅存在化学吸附态的应变用于驱动从物理吸附态到化学吸附态的转变。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，吡嗪分子替换为双硒吩蒽分子。

9.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，吡嗪分子替换为蒽分子。