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國家物理實驗室x伯爾尼大學(xué)：石墨烯為分子電子學(xué)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(wǎng)整理來源：石墨烯聯(lián)盟分享至：

由國家物理實驗室（NPL）和伯爾尼大學(xué)率領(lǐng)的國際研究團隊開發(fā)了使用石墨烯調(diào)節(jié)下一代分子電子器件功能的新途徑。可以利用這些結(jié)果開發(fā)更小，更高性能的器件，用于一系列應(yīng)用，包括分子檢測，柔性電子器件，能量轉(zhuǎn)換和存儲，以及電阻標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定測量設(shè)置。

近日，《科學(xué)進步》（Science Advances）刊發(fā)由國家物理實驗室（NPL）和伯爾尼大學(xué)率領(lǐng)的國際研究團隊展示了基于多層石墨烯的穩(wěn)定性的分子電子器件到單個分子的極限的相關(guān)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(xué)領(lǐng)域的目標(biāo)是利用單個分子作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)，改進功能，并使開發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的設(shè)備小型化和控制水平。阻礙這一領(lǐng)域進展的主要障礙是所使用的分子和金屬之間沒有穩(wěn)定的接觸，它們都可以在室溫下操作并提供可重復(fù)的結(jié)果。石墨烯不僅具有優(yōu)異的物理穩(wěn)定性，而且具有極高的電子和導(dǎo)熱性能，使得新興的2D材料對分子電子學(xué)中的一系列可能的應(yīng)用非常有吸引力。

在中央大學(xué)（日本）的合作者的幫助下，來自伯爾尼大學(xué)的實驗家團隊以及來自NPL（英國）和巴斯克地區(qū)大學(xué)（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(wěn)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(wěn)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(jié)果表明了基于石墨烯的分子電子學(xué)發(fā)展的重大變化，分子和石墨烯之間的共價接觸的重現(xiàn)性（甚至在室溫下）克服了基于造幣金屬的最先進的技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)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(diào)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(lián)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(xué)化學(xué)與生物化學(xué)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(shù)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(dǎo)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(xué)接觸的性質(zhì)決定了單分子電子器件的功能。

    “我們發(fā)現(xiàn)，通過精心設(shè)計分子與石墨烯材料的化學(xué)接觸，我們可以調(diào)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(xué)接觸性質(zhì)，可以切換電流的整流方向。”

    Kaliginedi博士總結(jié)道：“我們相信，我們的研究結(jié)果是實現(xiàn)分子電子器件開發(fā)的重要一步，我們預(yù)計隨著我們的室溫穩(wěn)定化學(xué)鍵合路徑，研究領(lǐng)域的方向?qū)l(fā)生重大變化。”研究結(jié)果還將幫助研究人員在電催化和能量轉(zhuǎn)換研究中，通過在其實驗系統(tǒng)中設(shè)計石墨烯/分子界面，提高催化劑或器件的效率。相關(guān)論文全文發(fā)表在 Sci. Adv. 09 Jun 2017:Vol. 3, no. 6, e1602297（DOI: 10.1126/sciadv.1602297）上。