学院报道:单分子电化学门控晶体管研究综述

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近日,我院洪文晶教授课题组对单分子电化学门控晶体管领域的最新进展进行总结与评述,相关论文以“Single-molecule electrochemical transistors”为题,发表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202005883)。这篇论文也是Advanced Materials厦大百年校庆专辑论文之一,并在2021年4月6日校庆当天在线出版。

信息技术的飞速发展为电子器件小型化提出了更高的要求,随着晶体管器件中尺寸逐渐减小,导电沟道也逐渐向单分子尺寸发展。单分子电化学门控晶体管作为一种新型单分子器件,采用单个功能分子作为导电沟道,借鉴传统离子栅晶体管结构,以电极界面双电层作为器件介电层,从而大幅度提高栅极调控效率,简化器件制备工艺,因此引起了科研工作者的广泛关注。单分子电化学门控晶体管的研究不仅为电子器件进一步小型化开辟了新的途径,也对深入理解单分子尺度独特的电子传输过程具有重要的意义。

该综述对近年来单分子电化学门控晶体管的研究进行了系统梳理,介绍了单分子电化学门控晶体管器件的构型,并着重讨论了单分子电化学门控晶体管的电子传输机制,包括不同机制的器件转移特性曲线、开关比与开关速率等性能。最后,综述对器件的稳定性与重现性进行了探讨,并对未来发展高性能、高稳定性的单分子电化学门控晶体管器件的挑战与机遇进行了总结与展望。

洪文晶教授及其研究团队在国际上率先开展单分子尺度电子隧穿过程的电化学能级调控研究(Chem. Commun. 2014, 50, 15975),创新性提出单分子结氧化还原反应过程的电子直接隧穿输运机制(J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14922,Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54,13586)。在上述研究成果的基础上,课题组进一步发展了基于反共振隧穿机制的高性能单分子电化学门控晶体管器件,并在室温下实现了对相消量子干涉效应的直接实验观测(Nat. Mater. 2019, 18, 364)。

该论文第一作者为我院博新计划博士后白杰,洪文晶教授为通讯作者,博士后李晓慧、研究生祝知雨和郑琰参与了论文撰写。研究工作得到国家自然科学基金(21673195、21722305、22003052、22002130)和国家重点研发计划课题(2017YFA0204902)等项目的资助,也得到了固体表面物理化学国家重点实验室、能源材料化学协同创新中心和醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室的支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202005883

学院新闻链接:https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/10487.htm