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國家物理實驗室x伯爾尼大學：石墨烯為分子電子學提供新功能下一代分子電子器件的理想選擇

2017-06-19 09:22:08 作者：本網整理來源：石墨烯聯盟分享至：

由國家物理實驗室（NPL）和伯爾尼大學率領的國際研究團隊開發了使用石墨烯調節下一代分子電子器件功能的新途徑。可以利用這些結果開發更小，更高性能的器件，用于一系列應用，包括分子檢測，柔性電子器件，能量轉換和存儲，以及電阻標準的穩定測量設置。

近日，《科學進步》（Science Advances）刊發由國家物理實驗室（NPL）和伯爾尼大學率領的國際研究團隊展示了基于多層石墨烯的穩定性的分子電子器件到單個分子的極限的相關研究成果。該論文題為“Stable anchoring chemistry for room temperature charge transport through graphite-molecule contacts”。

納米分子電子學領域的目標是利用單個分子作為電子設備的基礎，改進功能，并使開發人員能夠實現前所未有的設備小型化和控制水平。阻礙這一領域進展的主要障礙是所使用的分子和金屬之間沒有穩定的接觸，它們都可以在室溫下操作并提供可重復的結果。石墨烯不僅具有優異的物理穩定性，而且具有極高的電子和導熱性能，使得新興的2D材料對分子電子學中的一系列可能的應用非常有吸引力。

在中央大學（日本）的合作者的幫助下，來自伯爾尼大學的實驗家團隊以及來自NPL（英國）和巴斯克地區大學（UPV / EHU，西班牙）的理論家組成的團隊，展示了基于多層石墨烯的穩定性的分子電子器件到單個分子的極限。

    研究人員在室溫下進行了基于石墨烯分子電子器件的表征，并證明了將共價連接到物理性能穩定的石墨烯襯底上的分子是下一代分子電子器件的理想選擇。

    研究結果表明了基于石墨烯的分子電子學發展的重大變化，分子和石墨烯之間的共價接觸的重現性（甚至在室溫下）克服了基于造幣金屬的最先進的技術的當前狀態的局限性。

    連接單分子

    在石墨烯基電子器件上吸附特定分子使器件功能得以調整，主要是通過改變其電阻。然而，很難將整體器件特性與單個分子的吸附特性聯系起來，因為平均量不能識別石墨烯表面上的大變化。

    來自伯爾尼大學化學與生物化學系的Alexander Rudnev博士和Veerabhadrarao Kaliginedi博士，通過使用獨特的低噪聲實驗技術測量了通過連接到石墨或多層石墨烯電極的單分子流動的電流，使得他們解決這些分子的變化問題。在Ivan Rungger博士（NPL）和Andrea Droghetti博士（UPV / EHU）的理論計算的指導下，他們證明石墨表面的變化非常小，分子與頂部石墨烯層的化學接觸的性質決定了單分子電子器件的功能。

    “我們發現，通過精心設計分子與石墨烯材料的化學接觸，我們可以調整其功能，”Rungger博士說。 Rudnev博士補充說：“我們的單分子二極管表明，通過改變每個分子的化學接觸性質，可以切換電流的整流方向。”

    Kaliginedi博士總結道：“我們相信，我們的研究結果是實現分子電子器件開發的重要一步，我們預計隨著我們的室溫穩定化學鍵合路徑，研究領域的方向將發生重大變化。”研究結果還將幫助研究人員在電催化和能量轉換研究中，通過在其實驗系統中設計石墨烯/分子界面，提高催化劑或器件的效率。相關論文全文發表在 Sci. Adv. 09 Jun 2017:Vol. 3, no. 6, e1602297（DOI: 10.1126/sciadv.1602297）上。