2024年03月06日
近日，西交利物浦大学理学院化学系杨莉教授团队在Nanoscale杂志上报道了寡聚苯乙炔（OPE）石墨烯分子结中的量子干涉效应。通过锚定基团和分子连接构建中使用的电极材料可有效地调控电导的大小。当使用乙炔基作为锚定基团、金-石墨烯作为电极体系时，对位和间位连接的OPE分子结的电导差异可达300倍。
英特尔公司创始人之一，戈登·摩尔曾提出集成电路中晶体管的数量大约每两年翻一番，这就是著名的“摩尔定律”。随着电子科技的进步，电子元件的尺寸大大缩小。虽然摩尔定律还没有达到极限，但电子元件的小型化正在逐渐放缓。分子器件作为电子设备进一步小型化的新方向，对于开发新的计算机、传感器和电子设备有巨大的潜在应用价值。
量子干涉被公认为是分子结电导大小的重要影响因素。大量的结构-性质关系研究已经表明对位连接的OPE分子结电导受到相长量子干涉（CQI）的影响，而间位连接的OPE分子结电导受到破坏性量子干涉（DQI）的影响。目前，针对分子结内电子传输方式的大部分研究主要集中于对称结构的分子结。不对称效应对分子结电导的影响很少被研究。杨莉教授研究团队设计了系列不同锚定基团和电极体系的分子结，通过大量实验和理论计算研究了电子在分子结中的传输方式和量子干涉效应的调控方式。
研究人员探索电子器件中新的电子传输机制
他们的研究发现所有间位连接的OPE分子电导都因为DQI 表现出低的电导值。这主要是由于电极和锚定基团之间耦合不良导致。当电极从金-金对称体系转变为金-石墨烯不对称体系时，电子在胺基锚定的OPE中的传输没有受到影响。对于甲基硫化物和乙基锚定的OPEs，金-石墨烯不对称电极体系明显影响DQI对分子电导的影响。其中，乙炔基锚定的OPEs表现出最明显的电导差异。
这项研究的成果强调了电极材料和锚定基团在调节量子干涉效应中的重要作用。研究者们希望通过这项研究，为未来的单分子器件设计和优化提供更多理论依据和设计空间。
内容素材：杨莉教授
2024年03月06日