相比于傳統(tǒng)的電子芯片，光電芯片具有更高的傳輸速度和帶寬。其中光信號可以光速傳輸，在高速通信和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢。以單個分子作為光電功能中心的納米器件，有望滿足人們對器件微小化的需求，是未來分子光電子器件的基石。日前，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院郭雪峰課題組與合作者將分子橋絕緣保護后以共價鍵錨定于石墨烯電極之間，實現(xiàn)了磷光/熒光的高量子產(chǎn)率輻射，并成功應(yīng)用于邏輯運算與實時通信。相關(guān)工作以《通過單分子光電芯片中的可調(diào)激發(fā)態(tài)實現(xiàn)邏輯運算和實時通信》為題在線發(fā)表于《化學(xué)》雜志。
郭雪峰介紹，迄今為止，單個分子在器件性能和穩(wěn)定性方面還有待提升，包括場效應(yīng)晶體管的開關(guān)比、發(fā)光二極管的量子產(chǎn)率以及邏輯器件的操作頻率。其中，分子與外界的耦合是一個關(guān)鍵參數(shù)，強耦合可能會導(dǎo)致分子與外界的雜化，而弱耦合會削弱外部刺激的調(diào)制作用，亟待分子工程、界面工程和電極工程的進一步發(fā)展。
“因此，我們團隊在前期系列研究基礎(chǔ)上，研制出另一種多功能單分子光電器件，由環(huán)糊精封裝鉑中心分子橋、納米間隙的石墨烯電極和硅基底組成。兩側(cè)的兩個環(huán)糊精削弱了分子與環(huán)境的耦合，從而避免了相應(yīng)非輻射過程。石墨烯電極能夠與分子形成牢固的共價界面，進一步實現(xiàn)多分子集成。”郭雪峰說。
文章第一作者、北京大學(xué)博士后楊晨表示，熒光和磷光的進一步調(diào)節(jié)以及選擇性發(fā)射，可以實現(xiàn)全面的二進制和三進制邏輯運算以及實時通信。多功能、高效的單分子光電器件將分子電子學(xué)與實際半導(dǎo)體應(yīng)用聯(lián)系起來，展示了單分子光電子器件的顛覆性優(yōu)勢，為打破技術(shù)壁壘、發(fā)展新原理器件提供技術(shù)支撐，是單分子器件從實驗室邁向工業(yè)生產(chǎn)的重要一步。（記者晉浩天）