洪文晶教授在Journal of Chemical Education发表教学研究论文

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洪文晶教授的教研论文“Guiding Students to Understand the Nanoscale Charge Transport by the Mechanically Controllable Break Junction Technique”发表于国际教育学研究的顶级期刊Journal of Chemical Education上。该期刊创办于1924年,隶属美国化学会化学教学分部,据统计中国大陆学者在近20年来年平均发文量不足3篇。

分子是物质世界保持其化学性质的最小尺度粒子。分子电子学是一门能够精确测量分子电学性质的新兴交叉前沿学科,有望利用单个分子构筑分子基器件。一方面通过研究分子的性质可以拓展分子器件的种类,比如构筑薄膜器件、单晶器件、自组装器件等;另一方面研究分子的电学性质可以丰富单分子器件的功能,比如利用量子干涉制备单分子绝缘体、分子开关、分子二极管等,因此分子电子学对器件小型化以及发展芯片集成技术奠定了基础,这使得年轻学生可以在大学甚至高中阶段就建立纳米科学乃至量子力学的概念,并明白分子电子学的研究是在为我国解决卡脖子的芯片问题提供一种潜在的解决方案。在现阶段,研究分子电学性质即分子结的电荷输运是尤为重要的,但也具有很大的挑战性。如何去精确地构筑分子结需要很高的成本和门槛,首先是要制备纳米电极对,其次是精确控制纳米间隔的距离。为了应对这一挑战,洪文晶教授课题组引入成本低(不到5000美元)以及操作简单(2小时内)的机械可控裂结技术(MCBJ),该技术能将纳米电极对的间隔调控至皮米级别,可以很容易表征金-金原子点接触和单分子结的电导。-金原子接触的电导表现为量子化电导,为量子隧穿机制的教学提供了一个新例子。同时,单分子电导随电荷输运距离的增加而呈指数衰减,不仅帮助学生建立对量子隧穿的直观理解,而且有望构建适用于高中生、本科生的分子电子学装置和研究方法。更重要的是,向学生介绍分子电子学能给他们带来跨学科思维,这对他们未来在科学、技术、工程和数学(STEM)方面的教育非常重要。

这一教学研究工作是在我院洪文晶教授指导下完成的。我院化工系研究生叶艺玲和已毕业于化学系的来自能源材料化学协同创新中心的唐淳博士为论文的共同第一作者。化工系研究生张承扬、董钢共同参与了该工作。该工作获得了国家自然科学基金(21703188219330122172230521673195)、科技部国家重点研发计划课题(2017YFA0204902)和厦门大学校长基金(20720190002、20720200068)等项目的资助,也得到了中国科学技术协会和教育部主导的英才计划的支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jchemed.0c01453