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《科学通报》

开博时间:2019-09-06 16:50:00

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单分子器件的高时间分辨电学表征

2021-11-17 10:41:00

  厦门大学洪文晶教授、刘俊扬副教授等受邀在《科学通报》“厦门大学建校暨化学学科创立100周年”专辑发表评述文章,结合本课题组已有的研究基础,对有关单分子电子学领域的高时间分辨电学表征技术的研究进展做出了归纳和总结。


  近几年来,信息技术迅速发展,对电子器件的性能需求越来越高。在经历了多年的发展后,占据统治性地位的硅基半导体电子器件逐渐逼近其理论尺寸极限,难以在制程上更近一步。

  为了解决上面的问题,分子电子学应运而生,成为实现器件小型化和大规模集成化的希望;同时,对单分子电输运性质的研究也同样推动了微尺度科学研究的发展。

  目前,对单分子电输运性质的研究都需要首先制备合适的纳米间隙匹配目标分子,然后将分子连接到外围电路中以进行电学测量。但是,要实现分子电导这样超低电流范围内的准确测量是十分困难的,因此在测量电路中,往往会引入电流放大设备对电流进行放大。而在这样的电路中,元器件本身的寄生电容效应以及对于放大电路的量程、电流精度的高要求均会导致电路系统响应速度的降低,传统的单分子电子学测量技术的时间分辨率也因此被限制在毫秒级别。然而单分子尺度乃至分子-金属电极界面上有许多瞬态的过程往往都发生在纳秒甚至更低的时间尺度上。在这样的时间分辨率的限制下,我们无法对单分子尺度的快速事件进行有效观测,也就无法研发能够处理快速电信号的单分子器件。

  在这样的背景下,提升单分子电子学研究的时间分辨率成了一个亟需解决的问题。在这篇评述文章中,厦门大学洪文晶教授、刘俊扬副教授等结合本课题组已有的研究基础,对有关单分子电子学领域的高时间分辨电学表征技术的研究进展进行了归纳和总结,包括以下内容:

  (1) 对目前单分子电子学研究时间分辨率较低的原因分析;

  (2) 提升单分子电子学研究的时间分辨率的方式和相关研究;

  (3) 高时间分辨电学表征技术的具体应用场景;

  (4) 对高时间分辨电学表征技术的未来发展的展望。

  这些研究在仪器搭建、电路设计、数据采集和分析等方面不断努力,有效提升了单分子电子学研究的时间分辨率,从而可以探讨更深层次的科学问题。正因为这些工作的存在,该领域的发展前景十分值得期待。

本文来自《科学通报》

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