8455新葡萄场网站杰夫教授在《Nature Communications》上发表单分子压敏电阻创新成果

创建时间:  2023/10/07  龚惠英   浏览次数:   返回

近日,杰夫教授带领8455新葡萄场网站研究生杨立坤,与来自悉尼科技大学、科廷大学、纽卡斯尔大学、詹姆斯库克大学以及巴塞罗那大学的合作者在顶级学术期刊Nature Communications上发表学术成果。该成果首次利用分子的异构性质研发出一种单分子压敏电阻器,可用于检测化学物质、蛋白质和酶等生物大分子,为亚细胞尺度的测量、新一代集成电子设备、化学和生物传感器、人机界面和健康监测设备等方面开辟全新领域。该论文第一作者为杰夫教授,8455新葡萄场网站为第一单位及通讯单位。



杰夫教授及合作者研发的单分子压阻器由单个瞬烯(bullvalene)分子构成,利用该分子的构型和构象异构化进行操作,并能以850 Hz的频率进行切换。这是首次利用异构体间的相互转化来开发压阻器。团队采用扫描隧道显微镜断结(STMBJ)技术确定该分子的压阻特性,并结合电流-时间实验,实时跟踪单分子反应。同时,该团队开发了一种动力学蒙特卡罗方法(KMC)来模拟实验时间尺度上的异构化,并使用密度泛函理论(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)计算进行参数化,来理解一系列复杂反应,并了解单个分子如何实时发生反应和转化。结果表明,压阻受构型和构象异构化的控制,与实验时间尺度相比,异构化发生的速度或快(平衡)或慢(非平衡)。他们观察到两种不同类型的 STMBJ 轨迹,一种是传统实验中典型的分子内异构化,这种异构化发生在稳定的尖头形金属接触结上,另一种异构化则是由分子异构化引起的结界面重组所致。本研究显示,在毫秒时间尺度范围内,可利用电学手段检测正在发生反应的分子构型变化,建立了使用电导率检测分子结构这一种全新的化学传感概念。能够理解了分子构型与导电性之间的关系,就能确定分子与附着金属导体之间连接的基本特性。这种新的实验技术对于未来分子电子学器件设备的发展至关重要。本工作得到了8455新葡萄场网站五五战略——量子科技和高性能计算平台的大力支持。

杰夫教授所在的8455新葡萄场网站量子与分子结构国际中心是由8455新葡萄场网站任伟教授与杰夫教授于2014年共同创立,中心在量子物理、量子化学、计算材料学等基础研究领域取得了一系列重要成果,至2023年在Science、Nature 及其子刊、PNAS、PRL 等期刊发表论文300篇,为提升8455新葡萄场网站的学术影响力和国际化发展战略贡献力量。


论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41674-z 

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杰夫教授所在的8455新葡萄场网站量子与分子结构国际中心是由8455新葡萄场网站任伟教授与杰夫教授于2014年共同创立,中心在量子物理、量子化学、计算材料学等基础研究领域取得了一系列重要成果,至2023年在Science、Nature 及其子刊、PNAS、PRL 等期刊发表论文300篇,为提升8455新葡萄场网站的学术影响力和国际化发展战略贡献力量。


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