近日，我院洪文晶/刘俊扬课题组及合作者在分子二极管研究中取得重要进展，相关成果以“Supramolecular Diodes with Donor–Acceptor Interactions”为题在线发表于Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.4c14656）。
传统硅基器件的尺寸逐渐逼近于物理极限，发展基于碳基材料的有机分子器件是推动电子器件小型化的重要方案之一。自1974年首个基于σ桥接给体-受体（D-σ-A）结构的单分子二极管提出至今的半个世纪时间里，π共轭给体-受体（D-π-A）系统由于更加出色的电输运性质受到了广泛关注。然而，分子的给体与受体之间的电子离域会导致分子能级-费米能级的不对称偏移受限，从而导致较低的整流比。基于p-p非共价作用（D-p-p-A）的超分子组装体相较于D-s-A与D-p-A系统，兼具高效电荷转移和分子能级-费米能级不对称偏移的特性，为实现具有高整流比的单分子二极管器件提供了有效手段。
研究团队在无噪声实验室建立了基于高能离子束直接加工的机械可控裂结技术（MCBJ, mechanically controllable break junction）芯片工艺方法，构筑了基于p-p非共价作用（D-p-p-A）的高稳定超分子二极管，并进一步通过亚埃级机械调控手段对整流比实现了调控。依托无噪声实验室极致精度和稳定的加工环境，研究团队采用聚焦离子束代替传统电子束光刻方法，消除了繁琐的多步骤对准过程且避免电极层之间的错位，在提高器件制造精度的同时降低了整体振动干扰，所制备的芯片实现可达亚埃级精度的纳米电极操控，有效加强了单分子在电极对中间固定的稳定性，为超分子二极管器件的研究提供了前提条件。理论计算表明，电极拉伸过程中产生了分子间相消量子干涉效应，由此带来的反共振峰引起了不同极性偏压下电子透射概率的不对称性，从而有效提高器件的整流性能，在同等偏压下的整流比为目前国际上单分子整流器研究的最高记录。
该工作在中国科学院化学研究所张德清研究员以及我院洪文晶/刘俊扬的共同指导下完成。我院博士生徐伟（现嘉庚实验室博士后）、化学所博士生仉花（现我院博士后）、我院博士生周彧（现嘉庚实验室博士后）、我院硕士毕业生路泰歌（现密歇根大学博士生）为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金重点项目（21933012），国家重点研发计划（2024YFA1208103），福建省科技计划（2023H6002、2022H6014）等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14656
