论文部分内容阅读
自1962年Eley和Spivey提出DNA可能具有导电能力以来，DNA的内在载流子传递特性已经引起了人们的广泛关注，并成为多学科交叉领域的研究热点，因为DNA在分子电子学领域具有潜在的应用价值，并且这将有助于理解DNA的氧化损伤过程和蛋白质合成机理。然而，不同工作组的实验结果显示：DNA可能为导体、半导体或者绝缘体。这非常需要人们从理论角度来模拟DNA，并给出合理的解释，进而了解DNA的导电机制和动力学特征。本论文正是从该角度来探讨DNA的内在属性的。绪论部分详细地论述了DNA的化学组成和几何结构，并介绍了DNA的研究进展和研究方法。基于DNA的复杂性，我们采取了简化的模型，并建立了DNA的一维二元随机序列模型，提出了一维DNA随机序列的产生方法。利用负本征值理论和无限阶微扰理论，计算了不同碱基序列和温度条件下的DNA分子态密度、局域长度和态函数，并进行了比照。研究结果表明：(1)长序列DNA的电子态均为局域态，电子只能以跃迁的方式进行传递。(2)DNA的导电行为随着碱基序列的变化而变化，可能表现为导体、半导体或者绝缘体。(3)随着温度的升高，碱基对间的结构涨落越剧烈，非对角无序效应越明显。(4)存在一个温度阈值T_C，当温度低于T_C时，DNA分子局域长度随着温度的升高而迅速地减少，局域态变得更加局域化；当温度高于T_C时，局域长度几乎不随温度而变化。(5)定量地描述了DNA分子局域长度与温度的关系，并给出了一个改进的公式，在低温和高温区域都能很好地描述理论计算结果。(6)随着温度的升高，声子的作用越来越明显，将有助于电子在DNA分子内的跃迁，同时DNA的电导率增大，可能的机理是变程跃迁。另外，利用传输矩阵方法，计算了序列长度、碱基对相对含量和非对角关联情形下的DNA分子的透射系数和局域长度。研究结果表明：(1)对于随机的DNA序列，共振现象将随着碱基对个数的增加而逐渐消失。(2)DNA分子输运电子的能力随着碱基对A=T的相对含量P的增大先减少后增大，转折点满足P＞0.5。(3)黄金关联和局域关联是一种比较强的关联形式，可以显著地增强DNA分子输运电子的能力，而安德逊模型下的DNA分子的电子输运能力随着序列长度的增加而急剧地减少。