利用自下而上的方法去构筑功能性单分子器件，是电子元件和集成电路未来进一步小型化的可能途径之一。自1974年Aviram和Ratner首次提出单分子二极管的设想以来，单分子二极管作为一种重要的原理性电子器件得到了广泛关注。
近日，厦门大学杨扬教授和吉林大学窦传冬教授合作，采用缺电子性质的硼原子去掺杂多环芳烃分子，以此作为单分子器件的核心功能分子，随后通过弱键相互作用，构筑了石墨烯-分子-石墨烯层层堆叠的单分子范德华异质结器件。利用该策略，研究人员制备了多个单分子二极管原理性器件，其中性能最优的器件整流比达到了457。
研究人员通过电学表征、拉曼光谱表征等实验数据和理论模拟数据的结合，发现硼掺杂分子在范德华力的作用下，是以“平躺”方式组装在两侧的石墨烯电极之间。电流-电压曲线测量结果显示，实验中制备的四种硼掺杂单分子范德华异质结器件具有整流性质。
结合对分子和电极耦合强度和能级排布的理论计算，以及对电化学拉曼实验的数据分析，研究人员认为硼掺杂多环芳烃分子与石墨烯电极的耦合强度，对于施加的正电位和负电位所存在的非对称响应，是实验中观测到单分子整流效应的产生机制。
该工作利用弱键相互作用和掺杂缺电子杂原子的策略，制备了单分子二极管原理性器件，丰富了分子电子学的多样性和器件设计思路。
论文信息
Boron-Doped Single-Molecule van der Waals Diode
Yu-Ling Zou, Wenting Sun, Jiao Xun, Qing-Man Liang, Lichuan Chen, Tong-Ruo Diao, Jia Shi, De-Yin Wu, Chuandong Dou, Wenjing Hong, Zhong-Qun Tian, Yang Yang
论文第一作者是厦门大学邹玉玲和吉林大学孙文婷两位研究生同学。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202415940
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