【儀表網 研發快訊】分子是構成物質世界的基本單元。單分子科學與技術在解決物理、化學和生命科學等領域的許多關鍵科學問題方面發揮重要作用。北京大學化學與分子工程學院郭雪峰教授課題組長期致力于單分子科學的研究，并與合作者開發了碳基單分子器件的平臺，發展了單分子電子學研究的新技術和方向。他們通過微納加工工藝制備了邊緣羧基修飾的碳基納米間隙點電極，并與末端為氨基的分子反應形成穩定的“石墨烯-分子-石墨烯”異質結，解決了器件穩定性差和制備困難的問題。在此平臺上，課題組構建了單分子開關、傳感器和場效應晶體管，并在單分子化學反應動力學方面進行了創新探索，有望帶來顛覆性的芯片核心技術和精準分子診斷技術。經過近20年的研究，郭雪峰課題組已成為碳基單分子器件研究的代表性團隊，之前受Accounts of Chemical Research期刊邀請發表3篇綜述(Acc. Chem. Res . 2020, 53 , 159; Acc. Chem. Res . 2015, 48 , 2565; Acc. Chem. Res . 2008, 41 , 1731)，回顧了分子器件的迭代制備技術以及其在化學反應和生命科學領域的應用。近日，他們再次受邀發表了2篇綜述，分別回顧了在有機場效應晶體管和單分子光物理方面的重要進展。
 

　　前不久，郭雪峰和香港大學教授唐晉堯在Accounts of Materials Research上發表了題為“Supramolecular Design and Assembly Engineering toward High-Performance Organic Field-Effect Transistors”的邀請綜述。該綜述描述了超分子組裝如何利用分子間的非共價相互作用自行組織成有序結構。單晶有機半導體(OSCs)在電子設備中表現出優異性能，但快速組裝過程中不可避免的缺陷會影響性能。通過不同處理方法，可調節OSCs的聚集形式以實現高性能設備。該文章綜述了分子設計、分子間相互作用及宏觀形貌控制，并討論了優化OSC薄膜的策略及未來發展方向。該工作的共同通訊作者為郭雪峰、唐晉堯和浙江大學教授陳洪亮，第一作者是北京大學已畢業博士李明亮.
 

圖1 面向高性能有機場效應晶體管的超分子設計與組裝工程
 

　　近期，郭雪峰再次受邀在Accounts of Materials Research上發表了題為“Single-Molecule Functional Chips: Unveiling the Full Potential of Molecular Electronics and Optoelectronics”的邀請綜述，回顧了通過分子工程，界面工程和器件工程構建穩定的單分子光電器件，并基于石墨烯基單分子器件可集成的策略，實現了光開關、實時通訊以及邏輯運算的功能，構建了單分子功能性芯片，強調了單分子電子學和光電子學在微型化設備制造、內在機制探索和先進芯片應用中的重要性。進一步的跨學科合作，包括微納加工、有機合成和理論計算等，將有助于單分子電子學和光電子學的快速發展，使其適合實際應用。該工作的共同通訊作者為郭雪峰和北京大學化學與分子工程學院博士楊晨，該工作的共同第一作者為博士生張恒和博士生李珺浩。
 

圖2 單分子功能芯片揭示分子光電子學和分子電子學的全部潛力
 

　　該系列工作得到了來自國家自然科學基金委、科技部、北京市科委、北京分子科學國家研究中心和北京大學等項目的支持。