单分子场效应管中量子干涉电子输运特性的基础研究

Constructing functional molecular electronic devices at the molecular scale is one of the ultimate goals of molecular electronics. The essential method for this goal is to modulate the electron transport properties of molecular devices. As the electronic device shrinks to the molecular scale, the electron transport properties will be severely affected by the quantum interference effect. However, the reported methods for the modulation of quantum interference are limited to the change of molecular structure passively. The project will explore a new active way to regulate the quantum interference effect in the single-molecule field effect transistors (FETs) by gating molecule. To construct single-molecule FETs, the project will adopt the mechanical controllable break junction (MCBJ) technology to obtain the single molecular junction based on the side-gate-electrode MBCJ chip. The gate voltage will be used to change the energy structure of the molecular junction so as to realize the conversion of the constructive interference and the destructive interference. Moreover, we will use the non-equilibrium Green's function method to study two molecules with opposite quantum interference effects and carry out corresponding theoretical research to reveal the influence of the gate voltage on the quantum interference transport. The implementation of the project will play an important role for revealing carrier transport mechanism, regulation mechanism, and realization of new functional molecular devices based on quantum interference effect.

在分子尺度上构筑功能分子电子器件是分子电子学终极目标之一。调控分子器件中的电子输运特性的是实现功能分子器件的关键步骤。当电子器件缩小到分子尺度时，电子输运特性将严重的受到量子干涉效应影响。但是，已报道的对量子干涉效应进行调控的方法局限于被动地改变分子结构，方法十分有限。项目拟借鉴单分子场效应管中的栅压调控方法，探索主动调控量子干涉效应的新手段。项目将采用机械可控纳米裂结技术获得单分子结，在纳米尺度范围引入侧栅电极以构筑单分子场效应管，利用栅压改变分子结的能级结构，从而实现电子输运过程中干涉相长与干涉相消的转换。同时，我们将采用非平衡格林函数方法，以两种具有相反量子干涉效应的分子为研究对象，开展相应理论研究，从机理上揭示栅压对量子干涉输运的影响。项目的实施对于揭示载流子输运机制、调控机制、以及实现新型基于量子干涉效应的功能分子器件都具有重要参考意义。

实现单分子功能器件是目前全世界范围的重点研究方向。调控分子器件中的电子输运特性的是实现功能分子器件的关键步骤。当电子器件缩小到分子尺度时，电子输运特性将严重的受到量子干涉效应影响。但是，已报道的对量子干涉效应进行调控的方法局限于被动地改变分子结构，方法十分有限。项目借鉴单分子场效应管中的栅压调控方法，探索主动调控量子干涉效应的新手段。项目采用机械可控纳米裂结技术获得单分子结，在纳米尺度范围引入侧栅电极以构筑单分子场效应管，利用栅压改变分子结的能级结构，从而实现电子输运过程中干涉相长与干涉相消的转换。同时，我们采用非平衡格林函数方法，以两种具有相反量子干涉效应的分子为研究对象，开展相应理论研究，从机理上揭示栅压对量子干涉输运的影响。项目获得的成果对于揭示载流子输运机制、调控机制、以及实现新型基于量子干涉效应的功能分子器件都具有重要参考意义。