單分子導(dǎo)體，大阪大學(xué)的一個研究小組已經(jīng)制造出了單分子納米線，它具有長達10納米的保溫層。當(dāng)測量這些納米線的電性能時，研究人員發(fā)現(xiàn)，與扭曲構(gòu)象相比，強迫帶狀鏈變平顯著提高了電導(dǎo)率。

這一發(fā)現(xiàn)可能為新一代廉價的高科技設(shè)備提供了可能，包括智能手機屏幕和光伏電池。碳基聚合物是由重復(fù)單元組成的長分子鏈，從鞋底的橡膠到構(gòu)成人體的蛋白質(zhì)，隨處可見。

過去認(rèn)為這些分子不能導(dǎo)電，但隨著導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)，這一切都改變了。這些是碳基分子的一小部分，由于它們交替的單鍵和雙鍵，也稱為共軛鍵，它們可以像細小的電線一樣工作。由于碳基導(dǎo)體的制造和定制比傳統(tǒng)電子產(chǎn)品更容易、更便宜，它們在OLED電視、iPhone屏幕和太陽能電池板上得到了迅速應(yīng)用，同時大幅降低了成本?，F(xiàn)在，大阪大學(xué)研究人員合成了各種長度的低噻吩鏈，其重復(fù)單位多達24個。

這意味著單根納米線的長度可以達到10納米，為了準(zhǔn)確測量單個分子的本征電導(dǎo)率，需要對導(dǎo)線進行絕緣以避免導(dǎo)線間電流。根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則，分子中的電子表現(xiàn)得更像擴散波，而不是局域粒子。低噻吩中的重疊鍵允許電子完全分散在聚合物骨架上，因此它們可以很容易地橫向穿過分子，從而產(chǎn)生電流。這種電荷轉(zhuǎn)移有兩種完全不同的方式。研究的第一作者Yutaka Ie博士解釋說：在短距離內(nèi)，電子依靠類似于波的性質(zhì)直接‘隧道’穿過屏障。

但在長距離內(nèi)，它們會從一個地方跳到另一個地方，到達目的地。大阪大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，將低噻吩鏈從扭曲變?yōu)楸馄剑瑫?dǎo)致低噻吩共軛主鏈有更大的重疊，這進而意味著更高的總電導(dǎo)率。結(jié)果表明，與扭曲構(gòu)象相比，在較短的鏈長下，扁平鏈發(fā)生了從隧穿到跳躍傳導(dǎo)的交叉。研究人員相信，這項研究工作可以打開一個全新的設(shè)備世界。這項研究表明，絕緣納米線有可能被用于新型的“單分子電子”領(lǐng)域，其研究成功發(fā)表在《物理化學(xué)快報》上。

博科園｜研究/來自：大阪大學(xué)

參考期刊《物理化學(xué)快報》

DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b00747

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