Though density functional theory (DFT)-based non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism has been considered as the most general and powerful tools in terms of describing non-equilibrium state, it suffers from several short comings. In this thesis, we improve and verify our recently developed method based on a microcanonical picture that maps steady-state non-equilbrium statistics to drain-to-source excitation named multispace constrained density functional theory (MS-DFT). We heuristically settle the electron occupation rule for the non-equilibrium channel states by the excellent accordance between MS-DFT and DFT-NEGF results. Then, we study the correlations between the diode effects in single molecular junctions and the geometrical conformation of S–Au contact in which the atomistic understanding has been so far incomplete. We again carried out finite-bias first-principles quantum transport calculations based on MS-DFT with varying out the molecular core from insulating core to non-insulating one and find out the relationship between the rectification behavior of the junctions and the S–Au linkage coordination numbers.
비평형 상태를 기술할때, 밀도범함수 이론 기반의 비평형 그린함수 이론이 가장 합리적인 방법으로 사용되어 왔지만, 이러한 방법론에는 몇가지 한계점이 존재한다. 이 논문에서 우리는 비평형 상태를 기술하는 ‘다공간 밀도 범함수 이론’으로 이름붙여진 새로운 방법론을 개선하고, 검증하였다. 경험적으로 소자의 채널부분에서 전자를 채우는 규칙을 확립하였고, 이러한 방법으로 얻은 전자구조가 기존의 널리 사용되어 지고있는 방법론으로 얻은 데이터와 아주 일치함을 확인하였다. 나아가, 우리는 이러한 방법론을 분자 다이오드로 확장시켜, 그동안 연구가 많이 진행되지 않았던 분자-전극 계면의 구조와 전자구조와의 상관관계에 대하여 연구하였다. 이러한 연구가 분자소자의 발전에 도움이 될 것 이라고 기대한다.
