利用光精确控制单分子器件

在《自然通讯》的一项新研究中，哥伦比亚工程公司的研究人员报告称，他们已经构建了高导电、可调谐的单分子器件，其中分子通过直接金属-金属接触连接到引线上。他们的新方法利用光来控制器件的电子特性，并为更广泛地使用金属-金属接触打开了大门，这可以促进电子在单分子器件中的传输

随着设备的不断缩小，其电子元件也必须小型化。使用有机分子作为导电通道的单分子器件有潜力解决传统半导体面临的小型化和功能化挑战。这种设备提供了通过使用光进行外部控制的令人兴奋的可能性，但直到现在，研究人员还未能证明这一点

Latha Venkataraman说：“通过这项工作，我们开启了分子电子学的一个新维度，在这个维度上，光可以用来控制分子如何在两个金属电极之间的间隙内结合。”，分子电子学的先驱、哥伦比亚工程大学应用物理教授兼化学教授劳伦斯·古斯曼说：“这就像在纳米尺度上拨动开关，为设计更智能、更高效的电子元件开辟了各种可能性。”

Venkataraman的团队近二十年来一直在研究单分子器件的基本性质，探索纳米尺度上物理、化学和工程的相互作用。她的基本重点是构建单分子电路，即连接到两个具有不同功能的电极上的分子，其中电路结构以原子精度定义

她的团队，以及那些用石墨烯（一种碳基二维材料）制造功能器件的团队，都知道在金属电极和碳系统之间建立良好的电接触是一个重大挑战。一种解决方案是使用有机金属分子，并设计将电导线与分子内的金属原子连接的方法。为了实现这一目标，他们决定探索使用含有机金属铁的二茂铁分子，这些分子也被认为是纳米技术领域的微小组成部分

就像乐高积木可以堆叠在一起形成复杂的结构一样，二茂铁分子可以用作构建超小型电子设备的积木。该团队使用了一种由二茂铁基团封端的分子，该基团包括两个夹着铁原子的碳基环戊二烯基环

然后，当分子处于氧化状态时（即，当铁原子失去一个电子时），他们使用光来利用二茂铁基分子的电化学性质，在二茂铁铁中心和金（Au）电极之间形成直接键。在这种状态下，他们发现二茂铁可以与用于将分子连接到外部电路的金电极结合。从技术上讲，氧化二茂铁可以使Au0与Fe3+中心结合

该研究的主要作者Woojung Lee说：“通过利用光诱导的氧化，我们找到了一种在室温下操纵这些微小构建块的方法，为光可以用来在分子水平上控制电子设备行为的未来打开了大门。”，她是Venkararaman实验室的博士生。

Venkataraman的新方法将使她的团队能够扩展他们可以用于创建单分子器件的分子终端（接触）化学的类型。这项研究还显示了通过利用光改变二茂铁的氧化态来打开和关闭这种接触的能力，展示了一种基于光开关的二茂铁单分子器件。光控设备可以为开发响应特定光波长的传感器和开关铺平道路，为各种技术提供更通用、更高效的组件