我院洪文晶教授课题组和中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究所的高鹏教授合作，通过对具有多锚定位点的引达省并二噻吩衍生物分子进行机械调谐，实现了对单分子结具有不同量子干涉效应的电子输运通路的切换，相关研究成果以“Switching Quantum Interference in Single-Molecule Junctions by Mechanical Tuning”为题发表在Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202302693）。
分子电子学的初衷是在单分子尺度上创造功能性电子器件。不同于宏观电子器件，单分子电子器件可以通过改变电极间隙实现对分子结构型的原位调控，这使得单分子结的电子输运性质具有可机械调谐的特点。然而，由于单分子结的电导主要取决于分子骨架结构，这导致基于机械调谐的电导变化通常不超过两个数量级。进一步增大电导的可调谐范围仍然是单分子机电器件研究的重要挑战。
本论文设计并合成了具有多锚定位点的引达省并二噻吩衍生物分子，在电导测试过程中发现，分子结产生了两种截然不同的“跳跃”现象，电导平台能够短暂地“跳跃”到更高或者更低的电导，从而产生了高中低三种电导态。借助实验室建立的原子力显微镜裂结（atomic force microscope break junction，AFM-BJ）方法，对分子结的断裂点和“跳跃”点分别进行电导和力学信号的同步测试，实验结果显示“跳跃”现象来源于分子结中多个具有不同量子干涉效应的锚定位点间的切换。利用这一性质，作者通过在电极一端施加机械振荡，实现了高导态和低导态间超过四个数量级的电导切换。该工作证明了通过机械调谐可以在单分子水平上实现对相长量子干涉（constructive quantum interference，CQI）和相消量子干涉（destructive quantum interference，DQI）电导通路的精确控制，进而实现了目前为止调控效率最高的单分子机械开关，为分子机电器件的设计提供了新的思路。
单个分子结机械调谐示意图及不同电导态间的切换
该工作在洪文晶教授和高鹏教授的共同指导下完成，我院博士生朱奕轩、博士后周彧博士、厦门稀土材料研究中心硕士研究生任露是论文的共同第一作者。我院博士生叶婧瑶、硕士研究生王海川、硕士生刘鑫源、工程师黄瑞芸、博士后刘豪杰博士、刘俊扬副教授、师佳副教授共同参与了该工作。该工作得到国家自然科学基金（22250003、22173075、21933012、21722305、31871877、21975260、22175180）、国家重点研发计划（2017YFA0204902）等相关项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302693
图文来源：https://chem.xmu.edu.cn/info/1274/18484.htm