在分子尺度下調(diào)控量子效應(yīng)以實現(xiàn)對電荷傳遞過程的控制是構(gòu)筑分子功能器件的基本依據(jù)。與無機材料不同，有機分子之間耦合作用較弱，同時載流子與原子振動耦合較強，因而分子尺度器件中能夠呈現(xiàn)非相干的極化子（polaron）傳輸過程，從而使得分子尺度器件呈現(xiàn)出多樣的非相干傳輸現(xiàn)象，為分子電子學(xué)的研究提供了新的契機。
近日，天津大學(xué)理學(xué)院及天津市分子光電科學(xué)重點實驗室的于曦教授和分子聚集態(tài)科學(xué)研究院的丁帥帥副教授將分子器件中的電荷傳輸研究拓展至強電聲耦合下的電子-電子相互作用，探索了分子器件中的雙極化子輸運及Pauli自旋禁阻效應(yīng)。他們通過非磁性碳電極構(gòu)建分子器件，以氧化還原活性的釕多吡啶基低聚物 ((Ru(tpy)2) 作為功能分子單元，構(gòu)筑了穩(wěn)定可控的分子器件，并在低溫和外加磁場下研究了分子器件的輸運特性。他們發(fā)現(xiàn)，在超過共軛分子相干隧穿長度（~5 nm）的分子器件在低溫下具有顯著的磁電阻響應(yīng)，而這一響應(yīng)在高溫、短的傳輸距離及非氧化還原活性分子器件中則不存在。 進一步的理論分析表明，磁電阻效應(yīng)歸因于雙極化子的輸運。在氧化還原活性的Ru(tpy)2分子中，載流子形成深自陷的小極化子，在低溫下有一定幾率形成具有自旋選擇性的雙極化子，且受到 Pauli不相容原理的影響。雙極化子的傳輸可通過外加磁場調(diào)節(jié)電荷自旋取向，控制雙極化子形成幾率，從而展現(xiàn)出宏觀電學(xué)特性中磁場依賴的電阻變化現(xiàn)象，即Pauli自旋禁阻現(xiàn)象。 該研究所述的雙極化子傳輸過程揭示了分子電子器件中多粒子傳輸機制，并通過分子設(shè)計為分子尺度器件在自旋與磁性功能應(yīng)用方面提供了可靠的理論基礎(chǔ)。 論文信息 Bi-polaron Transport and Magnetic Field Induced Pauli Spin Blockade in Redox-Active Molecular Junctions Xiaohai Ding, Junhong Xue, Prof. Shuaishuai Ding, Prof. Cong Chen, Prof. Xiaojing Wang, Prof. Xi Yu, Prof. Wenping Hu 文章的第一作者是天津大學(xué)-青海民族大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生丁小海。該研究受到了國家自然科學(xué)基金面上項目21973069、21773169，青年項目52003190等項目資金支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202208969
