【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】分子是構(gòu)成物質(zhì)世界的基本單元。單分子科學(xué)與技術(shù)在解決物理、化學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的許多關(guān)鍵科學(xué)問題方面發(fā)揮重要作用。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院郭雪峰教授課題組長期致力于單分子科學(xué)的研究，并與合作者開發(fā)了碳基單分子器件的平臺，發(fā)展了單分子電子學(xué)研究的新技術(shù)和方向。他們通過微納加工工藝制備了邊緣羧基修飾的碳基納米間隙點(diǎn)電極，并與末端為氨基的分子反應(yīng)形成穩(wěn)定的“石墨烯-分子-石墨烯”異質(zhì)結(jié)，解決了器件穩(wěn)定性差和制備困難的問題。在此平臺上，課題組構(gòu)建了單分子開關(guān)、傳感器和場效應(yīng)晶體管，并在單分子化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方面進(jìn)行了創(chuàng)新探索，有望帶來顛覆性的芯片核心技術(shù)和精準(zhǔn)分子診斷技術(shù)。經(jīng)過近20年的研究，郭雪峰課題組已成為碳基單分子器件研究的代表性團(tuán)隊，之前受Accounts of Chemical Research期刊邀請發(fā)表3篇綜述(Acc. Chem. Res . 2020, 53 , 159; Acc. Chem. Res . 2015, 48 , 2565; Acc. Chem. Res . 2008, 41 , 1731)，回顧了分子器件的迭代制備技術(shù)以及其在化學(xué)反應(yīng)和生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。近日，他們再次受邀發(fā)表了2篇綜述，分別回顧了在有機(jī)場效應(yīng)晶體管和單分子光物理方面的重要進(jìn)展。
 

　　前不久，郭雪峰和香港大學(xué)教授唐晉堯在Accounts of Materials Research上發(fā)表了題為“Supramolecular Design and Assembly Engineering toward High-Performance Organic Field-Effect Transistors”的邀請綜述。該綜述描述了超分子組裝如何利用分子間的非共價相互作用自行組織成有序結(jié)構(gòu)。單晶有機(jī)半導(dǎo)體(OSCs)在電子設(shè)備中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，但快速組裝過程中不可避免的缺陷會影響性能。通過不同處理方法，可調(diào)節(jié)OSCs的聚集形式以實現(xiàn)高性能設(shè)備。該文章綜述了分子設(shè)計、分子間相互作用及宏觀形貌控制，并討論了優(yōu)化OSC薄膜的策略及未來發(fā)展方向。該工作的共同通訊作者為郭雪峰、唐晉堯和浙江大學(xué)教授陳洪亮，第一作者是北京大學(xué)已畢業(yè)博士李明亮.
 

圖1 面向高性能有機(jī)場效應(yīng)晶體管的超分子設(shè)計與組裝工程
 

　　近期，郭雪峰再次受邀在Accounts of Materials Research上發(fā)表了題為“Single-Molecule Functional Chips: Unveiling the Full Potential of Molecular Electronics and Optoelectronics”的邀請綜述，回顧了通過分子工程，界面工程和器件工程構(gòu)建穩(wěn)定的單分子光電器件，并基于石墨烯基單分子器件可集成的策略，實現(xiàn)了光開關(guān)、實時通訊以及邏輯運(yùn)算的功能，構(gòu)建了單分子功能性芯片，強(qiáng)調(diào)了單分子電子學(xué)和光電子學(xué)在微型化設(shè)備制造、內(nèi)在機(jī)制探索和先進(jìn)芯片應(yīng)用中的重要性。進(jìn)一步的跨學(xué)科合作，包括微納加工、有機(jī)合成和理論計算等，將有助于單分子電子學(xué)和光電子學(xué)的快速發(fā)展，使其適合實際應(yīng)用。該工作的共同通訊作者為郭雪峰和北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士楊晨，該工作的共同第一作者為博士生張恒和博士生李珺浩。
 

圖2 單分子功能芯片揭示分子光電子學(xué)和分子電子學(xué)的全部潛力
 

　　該系列工作得到了來自國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京市科委、北京分子科學(xué)國家研究中心和北京大學(xué)等項目的支持。