随着单分子电子学研究的广度和深度不断增加,相关领域面临的挑战也日益变化和增多。功能分子的设计、合成及其相关器件性能的精确测量成为研究中的关键难点。近年来,单分子器件如分子导线、分子开关、分子二极管和分子电容器等已经受到了广泛关注。然而,作为电子电路的重要组成部分,分子电感器的研究仍面临巨大挑战。一方面,具有电感特性的分子合成本身就是一项艰巨的任务;另一方面,电感器的测量通常需要使用交流电,这与单分子电子学领域主流的直流电检测方法存在显著差异。
针对这些挑战,浙江理工大学刘勋山副教授、沈程硕副教授与厦门大学洪文晶教授团队展开合作,共同设计和合成了两种具有共轭螺旋结构的分子导线:双吡啶[6]螺旋烯(2,15-DPH和4,13-DPH),并利用扫描隧道显微镜-裂结技术(STM-BJ),以及相关的电流-电压(IV)扫描方法,对分子的单分子导电行为进行了深入研究。研究结果表明,通过调节交流电的频率,不仅可以改变分子导线的电导率,还可以有效操控单个分子内的电荷传输路径,从而使得单个分子能够实现在电感器和电容器之间的切换。 作者利用IV扫描表征发现,螺烯分子2,15-DPH在IV 扫速变化时,分子中存在两种截然不同的电荷传输途径。具体来说,在低频段,电荷主要通过螺旋共轭主链进行传输,使得该分子导线表现出电感特性。而在频率逐渐升高并接近某一阈值时,电荷传输转变为分子内π-π堆积,垂直传输为主导,从而使分子表现出电容器的特征。 这一发现不仅为单分子电感特性的表征提供了新方法,且实现了通过电学手段在单分子内部定向操控电荷传输路径。该研究成果为复杂分子电子学的深入探索提供了新的机遇,预示着在逻辑电路及相关器件领域具有广阔的应用前景。 论文信息 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学的硕士研究生何鹏行和厦门大学博士研究生叶婧瑶。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202416319