投稿心得丨朱奕轩、周彧、任露《Angew. Chem. Int. Ed.》—— 机械调谐实现单分子结中量子干涉电导通路的切换

分子电子学的初衷是在单分子尺度上创造功能性电子器件。通过改变电极间隙可以实现对分子结构型的原位调控，这使得单分子结的电子输运性质具有可机械调谐的特点。然而，由于单分子结的电导主要取决于分子骨架结构，这一限制因素导致基于机械调谐的电导变化通常不超过两个数量级。如何进一步增大电导的可调谐范围仍然是单分子机电器件研究的重要挑战。

据此，我们设计并合成了以引达省并二噻吩为骨架的，具有不同量子干涉传输通路的多锚定位点分子。结合基于单分子扫描隧穿裂结（STM-BJ）技术的机械调谐测量方法和基于原子力显微镜裂结（AFM-BJ）力电同步分析方法，实现了对单分子结机电性能的表征和分析。我们在电导测试过程中发现，分子结产生了两种截然不同的“跳跃”现象，电导平台能够短暂地“跳跃”到更高或者更低的电导，从而产生了高中低三种电导态。借助AFM-BJ分析显示，“跳跃”现象来源于分子结中多个具有不同量子干涉效应的锚定位点间的切换。利用这一性质，我们通过在电极一端施加机械振荡，实现了单分子水平上对相长量子干涉（constructive quantum interference，CQI）和相消量子干涉（destructive quantum interference，DQI）电导通路间超过四个数量级的电导切换，这也是目前为止调控效率最高的单分子机械开关。

核心图表

其实早在2020年，刚刚博士二年级的我就已经在实验过程中发现电导曲线存在“跳跃”现象，这种不寻常的“跳跃”使我意识到其中可能存在一个很有意思的发现。但刚刚接触分子电子学不久的我苦于没法找到合适的分析手段，并未展开深入研究。同时，随着我将研究重点逐渐转移至原子力显微镜裂结（AFM-BJ）技术的开发，这个课题也就暂时搁置在一旁。

随着AFM-BJ技术的研发，我们实现了对分子结力电信号的同步表征，在研发过程中，对运用MATLAB进行数据分析也越来越得心应手。表征方法的成熟使得我们重新开始思考这个课题，“跳跃”现象是否对应着分子结机械结构的变化，能否通过AFM-BJ去进行探究。

根据这些思考，我们重启了这个课题，并成功分析出“跳跃”现象的起因。这使得我们深刻地认识到，开发仪器和分析方法对科学研究的重要性。

单兵作战绝对不是做好科研的绝佳途径，对于一个课题的研究，合作和交流是必不可少的。

对AFM-BJ技术的研发，离不开和王海川同学的共同努力及豪杰师兄和仪器组其他小伙伴们的帮助。除了实验室小伙伴的支持，洪老师也会在我们推进受阻的时候给出很多建设性意见，保证仪器研发的顺利进行。

在课题推进过程中，虽然通过数据分析发现了“跳跃”现象，但苦于寻找不到对应的机制。在多次组会讨论中，洪老师提出这种现象可能是由量子干涉引起，这才使得“跳跃”现象的机制渐渐明晰。随后，周彧博士和叶婧瑶同学承担起了理论计算的重任，通过DFT计算分析，寻找到了不同量子干涉通路的归属。

文章的投稿并不是一帆风顺的。起初，编辑认可了我们的工作，文章顺利送审，但随之而来消息是尽管有两个审稿人对我们的工作做出了肯定，仍有一位审稿人对我们工作的创新性和意义提出了质疑。

虽然第一轮审稿意见使我们备受打击，但我们并没有放弃。我们根据审稿人提出的问题逐一认真回复；面对质疑，我们仍然坚持自己的看法，并根据相关参考文献进行了论证；对于实验数据方面，我们与合作者高鹏教授和任露同学密切讨论，将数据逐一完善。接着。我们通过申述，获得了重新投稿的机会，并最终得到了三位审稿人的认可。这个过程让我们认识到面对质疑我们要以谨慎的态度进行分析，并勇敢地做出回应。

Zhu, Yixuan#; Zhou, Yu#; Ren, Lu#; Ye, Jingyao; Wang, Haichuan; Liu, Xinyuan; Huang, Ruiyun; Liu, Haojie; Liu, Junyang; Shi, Jia; Gao, Peng*; Hong, Wenjing*，Switching Quantum Interference in Single-Molecule Junctions by Mechanical Tuning. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302693

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302693

https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/18484.htm

编    辑：苑子恒 夏钟升