單分子電子學:構象轉換調控量子幹涉效應研究取得新進展

发布日期:2019-12-02     浏览次数:次   

我院洪文晶教授課題組与英國Lancaster UniversityColin J. Lambert教授、澳大利亞University of Western AustraliaPaul J. Low教授團隊密切合作,在單分子器件的構象轉換調控量子幹涉效應研究方面取得重要進展。相關研究成果以Turning the Tap: Conformational Control of Quantum Interference to Modulate Single Molecule Conductance爲題發表于Angewandte Chemie International EditionDOI: 10.1002/anie.201909461)。

在單分子尺度下,通過分子的電荷輸運會産生獨特的量子幹涉效應。當電子德布羅意波的相位相同時,會造成相增量子幹涉效應,分子表現爲高電導;反之則造成相消量子幹涉效應,分子表現爲低電導。量子幹涉效應的研究對設計新型單分子器件具有重要意義,而現階段對量子幹涉的調控研究主要集中于錨定基團的調控、雜原子取代位點調控和共轭分子骨架調控等策略,但是這些調控策略往往意味著需要引入新的分子結構,如何發展不改變分子結構的量子幹涉調控策略是現階段單分子電子學發展的重要挑戰之一。

該工作系統研究了甲氧基基團連接位置和構象變化對寡聚苯乙炔分子體系電荷輸運過程中量子幹涉效應的影響。通過改變中心苯環甲氧基的取代位置和調控其構象轉化,可以有效調控分子結中電荷輸運過程的量子幹涉現象,實現接近一個數量級的單分子電導調控。密度泛函理論計算結果表明,通過調控中心苯環上甲氧基的構型,可以改變電子在分子導線內電荷輸運的幹涉過程,使具有相增量子幹涉效應的分子器件轉變爲相消量子幹涉效應,並使分子電導改變將近一個數量級。這一研究工作首次提出了 單分子水龍頭的概念,即通過外加取代基的構象轉換效應實現了量子幹涉的調控,爲未來基于量子幹涉效應的新型分子器件的設計和制備提供了一種全新的思路。

 

 

這一跨學科國際合作研究是在我院洪文晶教授、英國Lancaster UniversityColin J. Lambert教授、Sara Sangtarash博士,以及澳大利亞University of Western AustraliaPaul J. Low教授共同指導下完成的。我院化工系碩士研究生蔣楓、University of Western Australia博士生Douglas I. Trupp, Lancaster University博士生Norah Algethami爲論文共同第一作者,我院博士研究生唐淳、李瑞豪和碩士研究生鄭海甯以及本科生何文翔、朱晨旭等共同完成。我院劉俊揚特任副研究員和師佳副教授也參與了部分研究工作。該工作得到國家重點研發計劃課題(2017YFA0204902),國家自然科學基金(216731952170318821503179)等項目的資助,也得到了固體表面物理化學國家重點實驗室、能源材料化學協同創新中心的支持。

論文鏈接: https://doi.org/10.1002/anie.201909461

 

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