团队开发了控制单分子光开关的方法

Fritz Haber研究所物理化学系的科学家在纳米级光电子学方面取得了一项创新发现。该研究发表在《自然通讯》杂志上，题为“金属-半导体纳米结中等离子体诱导单分子开关的原子精度控制”，介绍了一种实现对单分子光开关前所未有的控制的方法。这一突破可能会改变纳米器件技术的未来

纳米级光电子学是一个快速发展的领域，专注于开发纳米级的电子和光子器件。这些微型设备有可能彻底改变技术，使组件更快、更小、更节能

在原子水平上实现对光反应的精确控制对于这些设备的小型化和优化至关重要。局域表面等离子体激元（LSP）是在纳米级材料表面产生的光波，已成为该领域的强大工具，能够限制和增强电磁场。到目前为止，LSP的应用主要局限于金属结构，该团队预测这可能会限制光电子的小型化

新的研究集中在使用LSP来实现化学反应的原子级控制上。一个团队已成功将LSP功能扩展到半导体平台。通过在低温扫描隧道显微镜中使用等离子体共振尖端，他们实现了硅表面单个有机分子的可逆升降

尖端的LSP诱导分子和硅之间断裂并形成特定的化学键，从而导致可逆的转换。开关速率可以通过尖端位置进行调节，精度高达0.01纳米。这种精确的操作允许两种不同分子构型之间的可逆变化

这一突破的另一个关键方面是通过原子级分子修饰实现光电功能的可调性。该团队证实，另一种有机分子的光开关受到抑制，其中只有一个不与硅键合的氧原子被氮原子取代。这种化学定制对于调整单分子光电子器件的性能至关重要，可以设计具有特定功能的组件，并为更高效、适应性更强的纳米光电子系统铺平道路

这项研究通过提供一种精确控制单分子反应动力学的方法，解决了纳米级器件发展中的一个关键障碍。此外，研究结果表明，金属-单分子-半导体纳米结可以作为下一代纳米光电子的多功能平台

这可能会使传感器、发光二极管和光伏电池领域取得重大进展。在光照下对单分子的精确操纵可能会显著影响这些技术的发展，为器件设计提供更广泛的能力和灵活性 More information: Youngwook Park et al, Atomic-precision control of plasmon-induced single-molecule switching in a metal–semiconductor nanojunction, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51000-w

Journal information: Nature Communications