We explore the transport properties of oligophenylene molecular junctions, where the center molecule containing 1, 2, or 3 phenyls is sand-wiched between two graphene nanoribbons (GNR) with different edge shapes. According to the obtained results of the first-principles calculations combined with non-equilibrium Green’s function method, we find that the molecular length-dependent resistance of all examined oligophenylene molecular junctions follows well the exponential decay law with different slopes, and the exponential decay factor is sensitive to the edge shape of GNRs and the molecule-electrode connecting configuration. These observations indicate that the current through the oligophenylene molecular junction can be effectively tuned by changing the edge shape of GNRs, the molecular length, and the molecular contacting configuration. These findings provide theoretical insight into the design of molecular devices using GNRs as electrodes.

[1]
A.
Aviram
and
M. A.
Ratner
,
Chem. Phys. Lett.
29,
277
(
1974
).
[2]
D.
Xiang
,
X. L.
Wang
,
C. C.
Jia
,
T.
Lee
, and
X. F.
Guo
,
Chem. Rev.
116
,
4318
(
2016
).
[3]
M.
Magoga
and
C.
Joachim
,
Phys. Rev.
56
,
4722
(
1997
).
[4]
D. J.
Wold
,
R.
Haag
,
M. A.
Rampi
, and
C. D.
Frisbie
,
J. Phys. Chem. B
106
,
2813
(
2002
).
[5]
T.
Ishida
,
W.
Mizutani
,
Y.
Aya
,
H.
Ogiso
,
S.
Sasaki
, and
H.
Tokumoto
,
J. Phys. Chem. B
106
,
5886
(
2002
).
[6]
C. C.
Kaun
and
H.
Guo
,
Nano. Lett.
3
,
1521
(
2003
).
[7]
C. C.
Kaun
,
B.
Larade
, and
H.
Guo
,
Phys. Rev. B
67,
121411(R
) (
2003
).
[8]
T.
Tada
,
D.
Nozaki
,
M.
Kondo
,
S.
Hamayama
, and
K.
Yoshizawa
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
14182
(
2004
).
[9]
B. S.
Kim
,
J. M.
Beebe
,
Y.
Jun
,
X. Y.
Zhu
, and
C. D.
Frisbie
,
J. Am. Chem. Soc.
128
,
4970
(
2006
).
[10]
M. A.
Reed
,
C.
Zhou
,
C. J.
Muller
,
T. P.
Burgin
, and
J. M.
Tour
,
Science
278
,
252
(
1997
).
[11]
J.
Chen
,
M.A.
Reed
,
A. M.
Rawlett
, and
J.M.
Tour
,
Science
286
,
1550
(
1999
).
[12]
Z. T.
Xie
,
I.
Baldea
,
C. E.
Smith
,
Y. F.
Wu
, and
C. D.
Frisbie
,
ACS Nano
9
,
8022
(
2015
).
[13]
Y.
Tsuji
,
R.
Movassagh
,
S.
Datta
, and
R.
Hoffmann
,
ACS Nano
9
,
11109
(
2015
).
[14]
Y. X.
Zhai
,
G. M.
Ji
,
C. F.
Fang
,
B.
Cui
,
P. G.
Zhao
, and
D. S.
Liu
,
Sci. China Phys. Mech.
54
,
1455
(
2011
).
[15]
H. Q.
Wan
,
B. H.
Zhou
,
X. W.
Chen
,
C. Q.
Sun
, and
G. H.
Zhou
,
J. Phys. Chem. C
116
,
2570
(
2012
).
[16]
C.
Herrmann
,
G. C.
Solomon
,
J. E.
Subotnik
,
V.
Mujica
, and
M. A.
Ratner
,
J. Chem. Phys.
132
,
024103
(
2010
).
[17]
P. P.
Pal
and
B. D.
Dunietz
,
J. Chem. Phys.
137,
194104
(
2012
).
[18]
S. L.
Liu
,
Y. P.
Feng
, and
C.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
139
,
191103
(
2013
).
[19]
A.
Mahmoud
and
P.
Lugli
,
Appl. Phys. Lett.
103,
033506
(
2013
).
[20]
Y. J.
Li
,
P.
Zolotavin
,
P.
Doak
,
L.
Kronik
,
J. B.
Neaton
, and
D.
Natelson
,
Nano Lett.
16
,
1104
(
2016
).
[21]
A.
Batra
,
P.
Darancet
,
Q. S.
Chen
,
J. S.
Meisner
,
J. R.
Widawsky
,
J. B.
Neaton
,
C.
Nuckolls
, and
L.
Venkataraman
,
Nano Lett.
13
,
6233
(
2013
).
[22]
M. L.
Du
,
Y. J.
Hu
,
J.
Huang
, and
Q. X.
Li
,
Chin. J. Chem. Phys.
31
,
33
(
2018
).
[23]
M. L.
Wang
,
G. P.
Zhang
,
X. X.
Fu
, and
C. K.
Wang
,
Chin. J. Chem. Phys.
33
,
697
(
2020
).
[24]
N.
Atodiresei
,
J.
Brede
,
P.
Lazić
,
V.
Caciuc
,
G.
Hoffmann
,
R.
Wiesendanger
, and
S.
Blüge
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
066601
(
2010
).
[25]
J.
Hihath
,
C.
Bruot
,
H.
Nakamura
,
Y.
Asai
,
I.
Diez-Pérez
,
Y.
Lee
,
L. P.
Yu
, and
N. J.
Tao
,
ACS Nano
5
,
8331
(
2011
).
[26]
E.
Burzurí
,
Y.
Yamamoto
,
M.
Warnock
,
X. L
Zhong
,
K.
Park
,
A.
Cornia
, and
H. S. J.
van der Zant
,
Nano Lett.
14
,
3191
(
2014
).
[27]
F. M.
Hossain
,
F.
Al-Dirini
, and
E.
Skafidas
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
043102
(
2014
).
[28]
A. K.
Geim
and
K. S.
Novselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
(
2007
).
[29]
X. T.
Jia
,
M.
Hofmann
,
V.
Meunier
,
B. G.
Sumpter
,
J.
CamposDelgado
,
J. M.
Romo-Herrera
,
H.
Son
,
Y. P.
Hsieh
,
A.
Reina
,
J.
Kong
,
M.
Terrones
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Science
323
,
1701
(
2009
).
[30]
P.
Ruffieux
,
S. Y.
Wang
,
B.
Yang
,
C.
SanchezSanchezl
,
J.
Liu
,
T.
Dienel
,
L.
Talirz
,
P.
Shinde
,
C. A.
Pignedoli
,
D.
Passerone
,
T.
Dumslaff
,
X. L.
Feng
,
K.
Mllen
, and
R.
Fasel
,
Nature
531
,
489
(
2016
).
[31]
D. V.
Kosynkin
,
A. L.
Higginbotham
,
A.
Sinitskii
,
J. R.
Lomeda
,
A.
Dimiev
,
B. K.
Price
, and
J. M.
Tour
,
Nature
458
,
872
(
2009
).
[32]
C. G.
Tao
,
L. Y.
Jiao
, 0.
V.
Yazyev
,
Y. C.
Chen
,
J. J.
Feng
,
X. W.
Zhang
,
R. B.
Capaz
,
J. M.
Tour
,
A.
Zettl
,
S. G.
Louie
,
H. J.
Dai
, and
M. F.
Crommie
,
Nature Phys.
7
,
616
(
2011
).
[33]
X. L.
Li
,
X. R.
Wang
,
L.
Zhang
,
S.
Lee
, and
H. J.
Dai
,
Science
319
,
1229
(
2008
).
[34]
M. H.
Pan
,
E. C.
Giräo
,
X. T.
Jia
,
S.
Bhaviripudi
,
Q.
Li
,
J.
Kong
,
V.
Meunier
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Nano Lett.
12
,
1928
(
2012
).
[35]
O. V.
Yazyev
,
R. B.
Capaz
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. B
84
,
115406
(
2011
).
[36]
F.
Prins
,
A.
Barreiro
,
J. W.
Ruitenberg
,
J. S.
Seldenthuis
,
N.
Aliaga-Alcalde
,
L.
Vandersypen
, and
H. S. J.
van der Zant
,
Nano Lett.
11
,
4607
(
2011
).
[37]
Y.
Cao
,
S. H.
Dong
,
S.
Liu
,
L.
He
,
L.
Gan
,
X. M.
Yu
,
M. L.
Steigerwald
,
X. S.
Wu
,
Z. F
Liu
, and
X. F.
Guo
,
Angew. Chem. Int. Ed.
51
,
12228
(
2012
).
[38]
H. Q.
Wan
,
Y.
Xu
, and
G. H.
Zhou
,
J. Chem. Phys.
136
,
184704
(
2012
).
[39]
K.
Ullmann
,
P. B.
Coto
,
S.
Leitherer
,
A.
Molina-Ontoria
,
N.
Martén
,
M.
Thoss
, and
H. B.
Weber
,
Nano Lett.
15
,
3512
(
2015
).
[40]
X. B.
Li
,
H. L.
Li
,
H. Q.
Wan
, and
G. H.
Zhou
,
Org. Electron.
19
,
26
(
2015
).
[41]
C. C.
Jia
,
A.
Migliore
,
N.
Xin
,
S. Y.
Huang
,
J. Y.
Wang
,
Q.
Yang
,
S. P.
Wang
,
H. L.
Chen
,
D. M.
Wang
,
B. Y.
Feng
,
Z. R.
Liu
,
G. Y.
Zhang
,
D. H.
Qu
,
H.
Tian
,
M. A.
Ratner
,
H. Q.
Xu
,
A.
Nitzan
, and
X. F.
Guo
,
Science
352
,
1443
(
2016
).
[42]
S. G.
Sarwat
,
P.
Gehring
,
G. R.
Hernandez
,
J. H.
Warner
,
G.
Andrew
,
D.
Briggs
,
J. A.
Mol
, and
H.
Bhaskaran
,
Nano Lett.
17
,
3688
(
2017
).
[43]
H. J.
Yan
,
A. J.
Bergren
, and
R. L.
McCreery
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
19168
(
2011
).
[44]
J.
Taylor
,
H.
Guo
, and
J.
Wang
,
Phys. Rev. B
63
,
121104
(
2001
).
[45]
J. M
Soler
,
E.
Artacho
,
J. D
Gale
,
A.
Garcia
,
J.
Junquera
,
P.
Ordejon
, and
D.
Sanchez-Portal
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
2745
(
2002
).
[46]
G. C.
Solomon
,
C.
Herrmann
,
T.
Hansen
,
V.
Mujica
, and
M. A.
Ratner
,
Nature Chem.
2
,
223
(
2010
).
[47]
X. W.
Chen
,
K. H.
Song
,
B. H.
Zhou
,
H. Y.
Wang
, and
G. H.
Zhou
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
093111
(
2011
).
[48]
X. W.
Chen
,
Z. G.
Shi
,
B. J.
Chen
,
K. H.
Song
, and
G. H.
Zhou
,
Carbon
72
,
365
(
2014
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.