分子开关器件的设计、构筑和性能研究

Creating functional electrical circuits using individual molecules is currently a focus research area because it can not only meet the increasing technical demands of the miniaturization of traditional Si-based optoelectronic devices, but also provide a way of exploring the intrinsic properties of materials at the molecular level. Work in this area is still focused on the construction, measurement, and understanding of the electronic and photonic responses of the nanoscale circuits in which molecular systems play an important role as pivotal elements. Previously, we developed universal lithographic methodologies to build reliable single-molecule devices based on point contacts formed from carbon nanomaterials through covalent amide linkages. In this project, we aim to integrate stimuli-responsive molecular materials, such as photochromic materials, quantum dots and electroactive materials, into electric circuits for building new types of single-molecule switches and logic gates. These results should speed up the development of future practical molecular devices and logic circuits.

利用功能单分子来构建光电子器件是纳米科技和分子电子学研究的最终目的之一。目前这些研究仍然主要集中在如何构建、测量和理解这些分子起关键作用的器件的电子或光子行为。申请者最近利用电子束刻蚀和氧化切割技术发展了制备具有分子尺寸间隙的碳基分子点电极的普适性方法，通过酰胺共价键进而可以高成功率地制备稳定的单分子光电子器件。本项目在前期工作基础上发挥团队在合成化学和器件物理等方面的交叉背景，将致力于利用不同的可以由光、电、磁控制的分子材料来构建各式各样的单分子开关器件，发展石墨烯基的新型分子器件模型。本项目目的在于探索和发展用于数字快速处理和传输的新思想、新方法和新原理型器件，有望发展新一代分子开关和逻辑器件，为最终实现实用分子计算机和分子器件提供可靠的信息和途径。

本项目致力于利用功能单分子来构建光电子器件，主要集中在如何构建、测量和理解这些分子起关键作用的器件的电子或光子行为。2014-2017年开展的主要研究内容如下：1）完善了碳基单分子器件的平台，构建了世界首例真实稳定可逆单分子电子开关；2）发展了单分子电学检测的关键性技术；3）构建了水相稳定的高性能有机场效应传感器件；4）提出了光电转换新机制—同向传输选择性电子隧穿，建立了新型太阳能电池新模型。本项目探索和发展用于数字快速处理和传输的新思想、新方法和新原理型器件，有望发展新一代分子开关和逻辑器件，为最终实现实用分子计算机和分子器件提供了可能的信息和途径。