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中国科大单分子器件基础研究取得新进展

  中国科技大学单分子器件基础研究取得新进展

  最近,中国国家科委微型物理科学国家实验室的单分子物理化学研究小组更是感到惊讶:继采用分子手术实现单分子磁控制后,他们再次成功地通过分子手术技术,将三聚氰胺分子从一个普通的化学原料转化为整合和机械开关效应的新型人造分子,首次展示了双功能器件在单一整合,单分子器件的多功能发展中的一种新的思维方式。该研究发表在最近出版的“美国科学院学报”(PNAS 106,15259-15263(2009))上。该工作获得科技部重大科研计划,国家自然科学基金,科学院知识创新工程方向项目资助。在电子器件不断小型化的过程中,科学家们期望实现使用单个分子构建电子元件的目标。近年来,许多研究小组已经成功地演示了实验单分子器件。然而,这些研究主要是利用现有分子进行单一功能的装置结构。考虑到发现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的方法改造现有的分子。另一方面,分子器件的功能整合是分子电子学时代的关键之一。过去的功能整合往往是分子间整合。如果能够在单个分子上实现多功能集成,设备集成将大大增加,导致更小,更快,更低功耗的电子设备。因此,实现单分子多功能整合一直是分子器件研究中的一个重要挑战。据杨金龙教授,合肥微尺度国家实验室物理科学研究小组通过实验和理论研究工作密切合作,发现三聚氰胺分子可以被人造单分子操纵,转化为具有显着的整流作用和开关效应的双功能分子。在室温下,吸附在铜(100)表面上的三聚氰胺分子将与表面反应,从而脱去两个氢原子,从而与表面铜原子结合,形成垂直吸附表面结构。分子的运输曲线在正电压和负电压下均表现为对称特征。扫描探针的操纵诱导了三聚氰胺分子的异构化,其传输性能显示出明显的矫正效果。由扫描探针注入的非弹性隧穿电子可以进一步引起顶部NH键的可逆旋转,导致电流在低电导(“0”状态)和高电导(“1”状态)之间切换。开关效应。整流效应的起源是由分子手术引起的异构化反应引起的分子轨道相对于费米面的不对称性。机械开关效应是由非弹性隧穿电子多电子激发过程引起的分子顶部NH键的旋转引起的,分子结构在两个电导率状态(“0”或“1”)之间的可逆变化, )。新开发的统计模型为机械切换效应中非整数电子隧穿现象的观测非弹性数目提供了新的物理基础。

  关键词:2009年美国科技项目成功

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