近日，威尼斯官网白杰副教授与化学化工学院洪文晶教授、兰州大学刘子桐教授在单分子晶体管领域的研究中取得重要进展，相关成果以“Supramolecular transistors with quantum interference effect”为题在线发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 21679-21686)。
信息技术的飞速发展对晶体管器件尺寸小型化提出了更高挑战，采用单分子作为导电沟道的单分子晶体管为这一挑战提供了全新的解决思路。然而，目前单分子晶体管的性能特别是开关仍然难以满足实际应用的需求，造成该问题的根本原因在于室温条件下单分子沟道材料的场效应性能较差。因此，开发新型单分子沟道材料，提升单分子晶体管的性能是该领域亟待解决的关键问题。
针对上述问题，白杰副教授团队创新性地提出了使用π-π堆积超分子材料作为单分子晶体管的导电沟道，该类材料具有构型依赖的量子干涉效应，因此可通过超分子沟道构型的精确控制，实现量子干涉效应及场效应性能的调控。在该工作中，研究团队采用电化学门控-扫描隧道显微镜裂结技术，构建了基于噻吩-苯共聚寡聚物π-π堆积超分子沟道的单分子电化学晶体管，系统研究了此类超分子沟道材料的场效应性能。研究结果表明，随着噻吩共轭面积的增大，超分子沟道的优势构型具有显著的相消的量子干涉效应，从而显著提升其场效应性能。在此基础上，研究团队进一步通过控制电极间距来调节超分子沟道的堆积构型，从而实现了对超分子沟道中的相消量子干涉效应的原位调控。通过超分子沟道构型的优化，研究团队成功构筑了开关比达到1300、源-漏极漏电流低至30 pA、且沟道长度小于2 nm的单分子晶体管。该工作揭示了超分子沟道材料优异的场效应性能，展示了使用具有原子级精确结构的超分子材料作为2纳米以下分子晶体管沟道的潜力。
该工作在威尼斯0907线路检测化学化工学院洪文晶教授、兰州大学刘子桐教授和威尼斯官网白杰副教授共同指导下完成，嘉庚创新实验室李晓慧、化学化工学院2020级硕士郑琰、嘉庚创新实验室博士后周彧为论文共同第一作者。该工作获得了国家自然科学基金（22250003、22002130、22003052、21722305）以及中国博士后基金（2020M671934、2020M682080）等资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c08615
