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
