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PNAS:中科大单分子器件基础研究获新进展

  PNAS:中国科技大学单分子器件基础研究取得新进展

  中国科学技术大学,合肥微尺度物理科学国家实验室的单分子物理化学研究小组,利用低温超高真空扫描隧道显微镜,巧妙地发现三聚氰胺比十万分之一的发丝还小单分子手术,从一般化学原料转化为双功能单分子器件的二极管效应和机械开关效应,为单分子多功能器件开辟了新的思路。这一结果发表在最近出版的美国“美国国家科学院学报”上。随着电子设备不断小型化,科学家期望从单个分子构建电子元件。近年来,国内外许多研究小组成功地利用现有分子的固有特性来实现单分子器件的功能。然而,单分子器件的构建还有两个重要的问题:一方面,制备具有理想电子功能的分子是非常困难的。有必要通过分子手术改造现有的分子。另一方面,分子器件的功能整合是进入分子电子学时代的关键之一。在实现多功能一体化的同时,将大大提升设备的集成度,从而构建更小,更快,更少的电子设备能耗。经过三年的实验和理论研究的密切配合,研究团队发现三聚氰胺分子可以通过人工单分子操纵转化为具有显着二极管效应和开关效应的双功能分子。在室温下,三聚氰胺分子吸附在铜表面发生化学反应,将脱去两个氢原子,并与铜原子表面形成化学键,得到垂直于表面的吸附构型,分子运动曲线呈正负电压对称特征。通过扫描隧道显微镜对其单分子手术,将氢原子的分子支“移植”到环中部,实现了三聚氰胺的分子异构化,导致分子轨道相对于费米面的不对称性,显示明显的二极管效应通过非弹性隧穿电子多电子激发过程,进一步诱导其顶部N-H键的可逆旋转,获得不同电导的双稳态结构,实现单一的分子机械切换效应。美国“国家科学院院刊”评论家认为,这项工作“已经证明了成果,而且具有很高的创新性,代表了这一领域的发展水平。”据悉,这一结果是研究小组利用分子手术实现单分子磁控,再次成功实现了分子手术技术的重要研究成果。该工作获得了科技部重大科学研究计划,国家自然科学基金,中国科学院知识创新工程项目资助。点击

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