洪文晶教授與合作團隊在量子幹涉效應的尺度拓展研究取得重要進展
發布時間:2022年11月11日 來源:化學化工學院

化學化工學院洪文晶教授團隊與英國華威大學Hatef Sadeghi副教授團隊在量子幹涉效應在不同分子尺度中的傳遞研究中取得重要進展,相關成果以“Scaling of quantum interference from single molecules to molecular cages and their monolayers ”為題發表在國際學術期刊Proceedings of the National Academy of Sciences。

單分子尺度電子輸運中的量子幹涉效應(Quantum interference)能夠通過電子相位的調控實現對分子電子器件電學特性的操縱,為單分子器件提供了獨特的調控機製。然而,此前研究一直並未明確量子幹涉存在的邊界尺度。這意味著我們並不明確量子幹涉所存在的尺度以及對其應用的尺寸極限。前期量子幹涉效應的研究工作主要集中在具有簡單結構的有機小分子體係中,也有近期的研究工作證明了量子幹涉效應能從單分子到單分子層得到有效的傳遞。然而,量子幹涉效應是否可以從簡單小分子體係傳遞到一個更大、更複雜的分子係統,依然是該領域懸而未決的科學問題。

基於在單分子尺度量子幹涉效應研究的長期基礎(Journal of the American Chemical Society, 2021, 143, 9385; Nature Materials, 2019, 18, 364-369; Accounts of Chemical Research, 2019, 52, 151等),近日,洪文晶教授課題組設計合成了具有不同量子幹涉性質的配體1,3-二吡啶基苯(DPB)、2,5-二吡啶基呋喃(DPF),並進一步合成以由該配體組成的配位超分子籠及其相應超分子籠的組裝單層膜,構建具有電輸運性質顯著差異的多尺度量子幹涉效應體係,並發現量子幹涉效應可以在這些不同體係中有效傳遞。其中由732個原子組成的DPB分子籠及其單分子層是迄今為止單分子電子學研究中所涉及到的最大、最複雜的量子幹涉係統。密度泛函理論(DFT)計算表明,兩個相鄰的Pd原子之間的耦合主導單個分子籠的電子性質。而這種Pd-Pd耦合則是由相應配體的量子幹涉效應進行調控,這種配體量子效應的對金屬節點耦合的調控則在分子籠和分子層中均有體現。該工作通過對量子幹涉效應從單個配體到分子籠,進一步到分子籠的薄膜的有效轉移,顯著拓展了量子幹涉效應適用的分子體係尺寸,也為量子幹涉效應在分子電子器件乃至微納電子器件的廣泛應用提供了重要實驗依據。

該工作在化學化工學院洪文晶教授、薩本棟微納研究院楊揚副教授和英國華威大學Hatef Sadeghi副教授共同指導下完成,化學化工學院博士後徐曉暉、博士生王玨鈞和華威大學博士生Nickel Blankevoort為論文共同第一作者,劉俊揚副教授,博士後袁賽賽、陳力川,博士生方朝,碩士生石傑也參與了該工作。該工作得到了國家自然科學基金 (21722305、T2222002、21973079、22032004、21991130)、中國博士後科學基金 (2020M682082、2021T140396) 、福建省自然科學基金(2021J06008) 等相關項目的資助。

論文鏈接:https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.2211786119

【責任編輯:林餘穎】
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