Molecular Electronics 分子电子学

Molecular Electronics

The future potential applications of nano- and molecular electronics have attracted tremendous investigations of charge transport through quantum wires and molecular junctions. We are exploring the electrical properties of metal and semiconductor nanocontacts and single molecular junctions by using STM-BJ approach. In conjunction with electrochemistry assisted jump-to-contact mechanism, we are able to investigate transport properties of metal nanocontacts other than Au, and metal-molecule-metal junctions with metal being Cu, Ag, Pd, Cd in aqueous solutions and Fe, Zn, Ge in ionic liquids. We are now exploring the plasmonic effect of electrode in the electric properties of metal nanoconstrictions and molecular   junctions.

We have also begun our work by introducing external physical fields to modulate the electric transport properties of single molecule junctions. Using magnetic field to control the spin state of electrons of the electrodes, the conductance of electrode/molecule/electrode junction can be altered, and significant magnetoresistance (MR) effect has been observed.

在分子电子学研究中，通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子电子器件，这引起了科学家们广泛的研究兴趣。构筑金属/分子/金属结(异质结)是研究分子器件中电荷传输性质的关键。我们着重发展异质结构的构建方法，并利用电化学、磁场、光学等手段对异质结电荷输运行为进行调控。

我们运用传统的扫描隧道显微镜裂结技术(STM-BJ)，研究了联吡啶系列分子的电导及其与分子长度和共轭性的关联；初步探讨了氧化还原分子电导与电化学电荷传递速率之间的关系。

我们在传统STM-BJ的基础上发展了基于电化学辅助的跳跃接触(jump-to-contact)裂结技术的STM-BJ，使研究拓展到离子液体和过渡金属体系，并在离子液体中成功地构建了Fe、Pd、Zn等过渡金属和半导体Ge的纳米结并测量其电导。 同时，我们还成功构建了非金金属电极的分子结，并研究了金属电极的影响作用。目前，我们正在开展光辅助异质结电荷输运的研究。

分子自旋电子学是分子电子学研究的另一个重要课题，有大量的理论研究， 预测分子自旋电子学单分子结的磁电阻效应。 然而，由于分子结制备的不可控性，迄今为止，实验研究十分稀少。目前，我们利用jump-to-contact STM-BJ技术，在STM仪器中引入磁场装置，构建可控性好的自旋电子学单分子结， 并研究了磁场下的电导， 观察到明显的巨磁阻效应。该方法有望成为研究分子自旋电子学的实用平台。