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廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授課題組在石墨烯基單分子電子器件的尺寸極限研究取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Cross-plane transport in a single-molecule two-dimensional van der Waals heterojunction”為題發(fā)表于Science Advances（Sci. Adv. 2020, 6, eaba6714）。

在集成電路和芯片的發(fā)展進(jìn)程中，電子器件的小型化一方面使器件的性能不斷提升，是驅(qū)動信息技術(shù)發(fā)展的重要動力。另一方面，也帶來諸如熱耗散、量子隧穿效應(yīng)等一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。采用自下而上的方式構(gòu)筑單分子電子器件，是推動半導(dǎo)體器件進(jìn)一步小型化的重要潛在技術(shù)路線之一。因此，探索電子器件小型化的尺寸極限具有重要的科學(xué)意義和技術(shù)價值。

洪文晶教授實(shí)驗(yàn)室通過自主發(fā)展能夠精準(zhǔn)構(gòu)筑和表征單分子器件的科學(xué)儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩片單層石墨烯電極間距的精確調(diào)控，以此將單個平面有機(jī)分子連接在兩片單層石墨烯電極之間，從而構(gòu)筑了具有三明治結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電通道長度僅為單原子層厚度的單分子范德華異質(zhì)結(jié)器件。進(jìn)一步選用9種多環(huán)芳烴化合物構(gòu)筑出了一系列單分子二維范德華異質(zhì)結(jié)，并實(shí)現(xiàn)了對該類器件的電輸運(yùn)性質(zhì)的系統(tǒng)電學(xué)表征。與傳統(tǒng)的單分子電子器件所通過面內(nèi)輸運(yùn)（in-plane）不同的是，單分子二維范德華異質(zhì)結(jié)的電輸運(yùn)是采用層間輸運(yùn)（cross-plane transport）。雖然導(dǎo)電通道僅有單原子層厚度，但是通過對分子共軛程度乃至拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)節(jié)仍然可以顯著改變單分子電子器件的電子輸運(yùn)能力。該工作所發(fā)展的構(gòu)筑技術(shù)，還可以拓展到其他二維材料和分子體系，從而為新型單分子二維材料范德華異質(zhì)結(jié)器件的設(shè)計、構(gòu)筑和表征，提供了獨(dú)特的表征技術(shù)和研究方法。

該研究工作是在化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授、薩本棟微納米研究院楊揚(yáng)副教授和英國蘭卡斯特大學(xué)Colin J.Lambert教授的共同指導(dǎo)下完成的?；瘜W(xué)化工學(xué)院博士生趙世強(qiáng)、碩士生皮九嬋（已畢業(yè)）、劉俊揚(yáng)副研究員和英國蘭卡斯特大學(xué)博士后Qingqing Wu為共同第一作者?；瘜W(xué)化工學(xué)院師佳副教授、陳招斌高級工程師、肖宗源副教授和博士生鄭玨婷、李瑞豪、薩本棟微納米研究院碩士生魏珺穎（已畢業(yè)）也參與了本項(xiàng)研究工作。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（2017YFA0204902）、國家自然科學(xué)基金委（21722305, 21973079, 21673195, 21933012, 21703188）、福建省自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目和廈門大學(xué)校長基金的資助，以及固體表面物理化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心及嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的支持。

論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaba6714