Understanding the electronic properties at the single molecular level is the first step in designing functional electronic devices using individual molecules. This paper proposes a simulation methodology for the design of a single molecular switch. A single molecular switch has two stable states that possess different chemical configurations. The methodology is implemented for 1,4-benzene dithiol (BDT) molecule with gold, silver, platinum, and palladium metal nanoelectrodes. The electronic properties of the designed metal-molecule-metal sandwich structure have been investigated using density functional theory (DFT) and Hartree-Fock (HF) method. It has been perceived that the DFT and HF values are slightly different as HF calculation does not include an electron-electron interaction term. Computation of the switching ratio gives the insight that BDT with gold has a high switching ratio of 0.88 compared with other three metal nanoelectrodes. Further, calculations of quantum chemical descriptors, analysis of the density of states (DOS) spectrum, and frontier molecular orbitals for both the stable states (i.e., ON and OFF state geometries) have been carried out. Exploring the band gap, ionization potential, and potential energy of two stable states reveals that the ON state molecule shows slightly higher conductivity and better stability than the OFF state molecule for every chosen electrode in this work. The proposed methodology for the single molecular switch design suggests an eclectic promise for the application of these new materials in novel single molecular nanodevices.

中文翻译：

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具有金属纳米电极的基于苯的单分子开关的设计方法，优化的分子几何结构和电子性质的理论研究

了解单个分子水平的电子特性是使用单个分子设计功能性电子设备的第一步。本文提出了一种用于设计单个分子开关的仿真方法。单个分子开关具有两个具有不同化学构型的稳定状态。该方法是针对具有金，银，铂和钯金属纳米电极的1,4-苯二硫醇（BDT）分子实施的。使用密度泛函理论（DFT）和Hartree-Fock（HF）方法研究了设计的金属-分子-金属夹层结构的电子性能。已经意识到，DFT和HF值略有不同，因为HF计算不包括电子-电子相互作用项。通过计算开关比，可以得出结论，与其他三种金属纳米电极相比，含金的BDT具有0.88的高开关比。此外，已经进行了量子化学描述符的计算，态密度（DOS）光谱的分析以及两种稳态（即，开态和关态的几何形状）的前沿分子轨道。探索两个稳定状态的带隙，电离势和势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子的电导率和稳定性都比截止状态分子略高。单分子开关设计的拟议方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。88与其他三种金属纳米电极相比。此外，已经进行了量子化学描述符的计算，态密度（DOS）光谱的分析以及两种稳态（即，开态和关态的几何形状）的前沿分子轨道。探索两个稳定状态的带隙，电离势和势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子的电导率和稳定性都比截止状态分子略高。提出的用于单分子开关设计的方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。88与其他三种金属纳米电极相比。此外，已经进行了量子化学描述符的计算，态密度（DOS）光谱的分析以及两种稳态（即，开态和关态的几何形状）的前沿分子轨道。探索两个稳定状态的带隙，电离势和势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子的电导率和稳定性都比截止状态分子略高。提出的用于单分子开关设计的方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。两种稳态（即开态和关态的几何形状）的前沿分子轨道已经完成。探索两个稳定状态的带隙，电离势和势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子的电导率和稳定性都比截止状态分子略高。提出的用于单分子开关设计的方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。两种稳态（即开态和关态的几何形状）的前沿分子轨道已经完成。探索两个稳定状态的带隙，电离势和势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子的电导率和稳定性都比截止状态分子略高。单分子开关设计的拟议方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。两种稳定状态的势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子均显示出比截止状态分子略高的导电性和更好的稳定性。单分子开关设计的拟议方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。两种稳定状态的势能表明，在这项工作中，对于每个选定的电极，导通状态分子均显示出比截止状态分子略高的导电性和更好的稳定性。提出的用于单分子开关设计的方法论为这些新材料在新型单分子纳米器件中的应用提供了折衷的希望。