隨著單分子電子學(xué)研究的廣度和深度不斷增加，相關(guān)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)也日益變化和增多。功能分子的設(shè)計、合成及其相關(guān)器件性能的精確測量成為研究中的關(guān)鍵難點。近年來，單分子器件如分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子二極管和分子電容器等已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注。然而，作為電子電路的重要組成部分，分子電感器的研究仍面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面，具有電感特性的分子合成本身就是一項艱巨的任務(wù)；另一方面，電感器的測量通常需要使用交流電，這與單分子電子學(xué)領(lǐng)域主流的直流電檢測方法存在顯著差異。
針對這些挑戰(zhàn)，浙江理工大學(xué)劉勛山副教授、沈程碩副教授與廈門大學(xué)洪文晶教授團隊展開合作，共同設(shè)計和合成了兩種具有共軛螺旋結(jié)構(gòu)的分子導(dǎo)線：雙吡啶[6]螺旋烯（2,15-DPH和4,13-DPH），并利用掃描隧道顯微鏡-裂結(jié)技術(shù)（STM-BJ），以及相關(guān)的電流-電壓（IV）掃描方法，對分子的單分子導(dǎo)電行為進行了深入研究。研究結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)交流電的頻率，不僅可以改變分子導(dǎo)線的電導(dǎo)率，還可以有效操控單個分子內(nèi)的電荷傳輸路徑，從而使得單個分子能夠?qū)崿F(xiàn)在電感器和電容器之間的切換。 作者利用IV掃描表征發(fā)現(xiàn)，螺烯分子2,15-DPH在IV 掃速變化時，分子中存在兩種截然不同的電荷傳輸途徑。具體來說，在低頻段，電荷主要通過螺旋共軛主鏈進行傳輸，使得該分子導(dǎo)線表現(xiàn)出電感特性。而在頻率逐漸升高并接近某一閾值時，電荷傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿觾?nèi)π-π堆積，垂直傳輸為主導(dǎo)，從而使分子表現(xiàn)出電容器的特征。 這一發(fā)現(xiàn)不僅為單分子電感特性的表征提供了新方法，且實現(xiàn)了通過電學(xué)手段在單分子內(nèi)部定向操控電荷傳輸路徑。該研究成果為復(fù)雜分子電子學(xué)的深入探索提供了新的機遇，預(yù)示著在邏輯電路及相關(guān)器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 論文信息 A Helicene-Based Single-Molecule Inductor and Capacitor with Frequency-Dependent Charge-Transport Pathways Pengxing He, Jingyao Ye, Junrui Zhang, Taige Lu, Wenying Cui, Dr. Junyang Liu, Dr. Chengshuo Shen, Prof. Wenjing Hong, Dr. Xunshan Liu 文章的第一作者是浙江理工大學(xué)的碩士研究生何鵬行和廈門大學(xué)博士研究生葉婧瑤。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202416319
