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(hào)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(shì)。以單個(gè)分子作為光電功能中心的納米器件，有望滿足人們對(duì)器件微小化的需求，是未來(lái)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(hù)后以共價(jià)鍵錨定于石墨烯電極之間，實(shí)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(yùn)算與實(shí)時(shí)通信。相關(guān)工作以《通過(guò)單分子光電芯片中的可調(diào)激發(fā)態(tài)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和實(shí)時(shí)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(gè)分子在器件性能和穩(wěn)定性方面還有待提升，包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開(kāi)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(gè)關(guān)鍵參數(shù)，強(qiáng)耦合可能會(huì)導(dǎo)致分子與外界的雜化，而弱耦合會(huì)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(jìn)一步發(fā)展。
“因此，我們團(tuán)隊(duì)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(gè)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(guò)程。石墨烯電極能夠與分子形成牢固的共價(jià)界面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多分子集成。”郭雪峰說(shuō)。
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(jìn)一步調(diào)節(jié)以及選擇性發(fā)射，可以實(shí)現(xiàn)全面的二進(jìn)制和三進(jìn)制邏輯運(yùn)算以及實(shí)時(shí)通信。多功能、高效的單分子光電器件將分子電子學(xué)與實(shí)際半導(dǎo)體應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，展示了單分子光電子器件的顛覆性優(yōu)勢(shì)，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(shí)驗(yàn)室邁向工業(yè)生產(chǎn)的重要一步。（記者晉浩天）