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我国科学家利用单分子激发态实现实时通信

2024年02月07日 10:57 来源:?光明日报

光明日报北京2月6日电(记者晋浩天)相比于传统的电子芯片,光电芯片具有更高的传输速度和带宽。其中光信号可以光速传输,在高速通信和数据传输领域具有巨大的优势。以单个分子作为光电功能中心的纳米器件,有望满足人们对器件微小化的需求,是未来分子光电子器件的基石。日前,北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组与合作者将分子桥绝缘保护后以共价键锚定于石墨烯电极之间,实现了磷光/荧光的高量子产率辐射,并成功应用于逻辑运算与实时通信。相关工作以《通过单分子光电芯片中的可调激发态实现逻辑运算和实时通信》为题在线发表于《化学》杂志。

郭雪峰介绍,迄今为止,单个分子在器件性能和稳定性方面还有待提升,包括场效应晶体管的开关比、发光二极管的量子产率以及逻辑器件的操作频率。其中,分子与外界的耦合是一个关键参数,强耦合可能会导致分子与外界的杂化,而弱耦合会削弱外部刺激的调制作用,亟待分子工程、界面工程和电极工程的进一步发展。

“因此,我们团队在前期系列研究基础上,研制出另一种多功能单分子光电器件,由环糊精封装铂中心分子桥、纳米间隙的石墨烯电极和硅基底组成。两侧的两个环糊精削弱了分子与环境的耦合,从而避免了相应非辐射过程。石墨烯电极能够与分子形成牢固的共价界面,进一步实现多分子集成。”郭雪峰说。

文章第一作者、北京大学博士后杨晨表示,荧光和磷光的进一步调节以及选择性发射,可以实现全面的二进制和三进制逻辑运算以及实时通信。多功能、高效的单分子光电器件将分子电子学与实际半导体应用联系起来,展示了单分子光电子器件的颠覆性优势,为打破技术壁垒、发展新原理器件提供技术支撑,是单分子器件从实验室迈向工业生产的重要一步。

《光明日报》(2024年02月07日08版)