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单分子电子学:量子干涉效应研究综述发表于Acc. Chem. Res.

发布日期:2018-12-4     浏览次数:847次    发布者:刘春英    

审查文件“通过单分子结的电荷传输中的量子干涉效应:检测,操作和应用”由我院的洪文静教授撰写。它发表在美国化学学会期刊,化学研究账目(DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00429)。 )。本文系统地介绍了洪文静教授及其研究团队在单分子电输运中量子干涉效应的检测,调控和应用方面的广泛跨学科国际合作所取得的一系列前沿进展。

在单分子器件中,由于分子具有多个离散的轨道能级,类似于光的双缝干涉效应,电子也会干扰不同轨道能级之间的传输。这是单分子电传输。量子干扰现象。因此,来自分子的不同连接位置的电子的传输概率通过多个轨道传输系数的叠加来反映。当这种叠加高于分子前线轨道的贡献时,相位增量子干涉增加了单分子电传输。运输能力;相反,发生破坏性量子干扰以降低单分子电输运能力。量子干涉效应作为单分子量电传输的独特量子效应,对于制备基于量子效应的新型分子材料和器件具有重要意义。然而,其检测,调节和应用是此阶段单分子电子学的核心挑战。

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洪文景教授长期致力于开发基于机械可控断裂结(MCBJ)和扫描隧道显微镜断裂结(STM-BJ)技术的单分子电子应用科学仪器。单分子器件的飞行安培级高灵敏度电测量,以及世界上的第一次测量,获得了具有破坏性量子干涉效应的蒽醌单分子结的超低电导信号。然后,洪文静教授及其团队设计,合成并测量了一系列具有相同共轭中心和不同连接位点的同源分子的单分子电学性质,并进一步研究了最简单苯环的共轭中心。扩展到稠合芳烃,甚至杂原子掺杂的杂环和金属戊烷乙炔化合物,获得了单分子电导随连接位点变化的定量规律。在实现量子干涉效应检测的基础上,研究小组进一步系统地开发了单分子器件电传输中不同量子干涉态的调整方法,并扩展了量子干涉效应在单分子器件领域的应用。分子化学反应动力学检测。

在上述研究中,来自荷兰格罗宁根大学的洪文静教授及其研究团队和JC Hummelen教授,来自英国杜伦大学的Martin R. Bryce教授,瑞士伯尔尼大学的Silvio Decurtins教授和博士刘世霞丹麦哥本哈根大学MogensBrøndstedNielsen教授,中国科学院化学研究所张德清博士,刘子彤博士,澳门赌博网夏海平教授,兰州大学张浩力教授,Colin J教授兰伯特来自英国兰开斯特大学,从事理论物理和理论化学。丹麦丹麦技术大学的Kristian S. Thygesen教授和哥本哈根大学的Gemma Solomon教授以及来自5个国家的10多个实验室开展了广泛的跨学科国际合作,并发表了包括J. Am。在内的5篇文章。 SOC。 Chem。,1 Angew。化学。诠释。 Ed。,2 Nat。共同。而一系列高水平的合作论文充分展示了研究团队以自主研发的科学仪器为核心竞争力,通过广泛的跨学科国际合作,解决了单分子研究科学问题的关键特征。

本研究的第一作者是我院能源材料与化学协同创新中心iChEM研究员刘俊阳博士。化学工程系硕士生黄晓燕和化学系本科生王飞参加了一些准备工作。该项工作由国家科技部国家重点研究发展计划(2017YFA0204902),国家自然科学基金(21673195,21703188)和中国博士后科学基金(2017M622060)资助。

链接到论文:http://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00429

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