石墨烯电极在分子电子纳米器件中提供新的功能

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2019-02-08

  由伯尔尼大学和国家物理实验室(NPL)领导的国际研究团队揭示了一种利用石墨烯调整下一代分子电子器件功能的新方法。该结果可用于开发更小,更高性能的器件,用于各种应用,包括分子传感,柔性电子器件,能量转换和存储,以及用于电阻标准的稳健测量设置。

  纳米级分子电子学领域旨在利用单个分子作为电子设备的构建模块,以改进功能并使开发人员实现前所未有的设备小型化和控制水平。阻碍该领域进展的主要障碍是所使用的分子和金属之间不存在稳定的接触,这些接触既可以在室温下操作又可以提供可重复的结果。石墨烯不仅具有优异的机械稳定性,而且具有极高的电子和导热性能,使得新兴的2D材料对分子电子学中的一系列可能应用非常有吸引力。

  来自伯尔尼大学的实验家团队和来自NPL(英国)和巴斯克大学(UPV / EHU,西班牙)的理论家在中央大学(日本)的合作者的帮助下,证明了多元化的稳定性。基于层石墨烯的分子电子器件低至单分子极限。“科学进展”杂志报道的研究结果代表了石墨烯分子电子学发展的重大改变,分子和石墨烯之间共价接触的可重复性(即使在室温下)克服了当前状态的限制。最基于造币金属的技术。

  在石墨烯基电子器件上吸附特定分子允许调节器件功能,主要是通过改变其电阻。然而,难以将整个器件性质与吸附的各个分子的性质联系起来,因为平均量不能识别石墨烯表面上可能的大的变化。

  来自伯尔尼大学化学与生物化学系的Alexander Rudnev博士和Veerabhadrarao Kaliginedi博士使用独特的低噪声实验技术测量了流经石墨或多层石墨烯电极上的单分子的电流。允许他们解决这些分子到分子的变化。在Ivan Rungger博士(NPL)和Andrea Droghetti博士(UPV / EHU)的理论计算指导下,他们证明石墨表面的变化非常小,并且分子与顶部石墨烯层的化学接触的性质决定了单分子电子设备的功能。

  “我们发现,通过仔细设计分子与石墨烯基材料的化学接触,我们可以调整它们的功能,”Rungger博士说。“我们的单分子二极管显示,通过改变每个分子的化学接触性质,确实可以切换电流的整流方向,”Rudnev博士补充说。

  “我们相信,我们的研究结果代表了分子电子器件实际应用的重要一步,我们期望在我们的室温稳定化学键合之后,研究领域方向发生重大变化,”Kaliginedi博士总结道。该研究结果还将帮助从事电催化和能量转换研究的研究人员在其实验系统中设计石墨烯/分子界面,以提高催化剂或装置的效率。

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