清华大学李远《Adv Mater》：柔性分子器件集成与全分子电路应用

文摘 2024-11-11 10:01 上海

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基于自组装单分子薄膜（SAMs）的电子器件近年来受到了人们的广泛研究，已实现了包括整流、忆阻器、光开关等电学功能。然而，分子结的产率和集成密度都较低，难以实现分子器件在大规模电路中的应用。

为解决这些问题，清华大学李远课题组在Advanced Materials 期刊上发表了最新论文，提出了利用图案化液态金属EGaIn顶电极来构建柔性高集成度分子器件的方案。具体而言，通过转移图案化的EGaIn顶电极实现大规模的交叉阵列式分子结。通过测试烷基硫醇分子和具有整流特性的exTTF分子，成功实现了优异的电输运特性、高整流比和稳定性。此外，还用全分子结实现了布尔逻辑门和滤波整流电路。

图1. 柔性交叉阵列分子器件的结构、制备和表征。

作者首先在PDMS薄膜上预制备图案化的EGaIn顶电极。由于液态金属EGaIn的大表面张力，使用Au作为粘附层，通过印章法在PDMS基底上精确沉积液态金属EGaIn图案。图1展示了代表性的图案化EGaIn顶电极，包括转移以及制备过程，最终实现了10×10柔性分子器件用于电学测试。

图2. 器件测试烷基硫醇分子的电学特性。

图2通过器件测试四种烷基硫醇分子，清楚地展示了分子长度与电流的相关性。另外，进行了10000次的重复弯曲测试，以验证分子器件在弯曲条件下的耐久性。同时，这种方法可以很容易地用于具有电学功能的大面积分子结。

图3. 测试分子二极管性能。

图3展示了器件测试分子二极管的电学性能。通过测试exTTF分子，器件实现了超过10³的整流比。另外，分子二极管具有高产率和高的稳定性，在多次弯折测试后依然保持大的整理比。

图4. 全分子实现逻辑门和滤波整流电路。

图4展示了利用图案化的EGaIn顶电极来构建全分子功能电路。通过使用烷基硫醇分子和exTTF分子，实现了逻辑门和滤波整流电路。此外，分子电路在弯折条件下依然表现出稳定的电学性能。

总结

本研究结合图案化的液态金属EGaIn电极，构建了高密度的交叉阵列式分子器件。即使受到机械形变，器件依然展现出稳定的电学输运特性和高的产率。同时，基于分子结的逻辑门和滤波整流电路成功实现，突显了分子器件在柔性电子领域的应用潜力。这种通过转移图案化的EGaIn顶电极来构建分子器件的方法，为其他复杂分子功能器件应用和分子神经形态计算提供了新的思路。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Flexible Crossbar Molecular Devices with Patterned EGaIn Top Electrodes for Integrated All-Molecule-Circuit Implementation

Zhou Cao, Yu Xie, Jin-Liang Lin, Shuai Zhong, Chenshuai Yan, Zhenyu Yang, Mingyao Li, Ziming Zhou, Wuxian Peng, Shengzhe Qiu, Junyang Liu, Yuan Li

Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202406456

导师介绍

李远

https://www.x-mol.com/university/faculty/367733

本文转载自 X-MOL资讯公众号

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