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噻吩衍生物因為其優(yōu)異的電學性質(zhì)而在諸如有機發(fā)光二極管、有機場效應(yīng)晶體管以及有機光伏電池等有機電子學材料和器件中具有眾多重要應(yīng)用。然而，在這些材料和器件中，分子處于聚集態(tài)，其電學性質(zhì)由分子鏈內(nèi)和鏈間電輸運共同決定，而在宏觀尺度下這兩種電輸運過程很難分辨和獨立解析，制約了真正從分子層次來設(shè)計高性能的分子器件和材料。單分子電學測量技術(shù)通過構(gòu)筑模型分子結(jié)體系，為深入探索分子鏈內(nèi)和鏈間電輸運性質(zhì)提供了的獨特機遇。

該工作采用機械可控裂結(jié)技術(shù)通過分別構(gòu)建模擬分子鏈內(nèi)輸運的單分子器件和模擬分子鏈間輸運的雙分子組裝體器件。研究發(fā)現(xiàn)，噻吩單分子器件通過分子鏈內(nèi)的電輸運過程中電導隨分子長度增加呈指數(shù)降低，而噻吩組裝體器件分子間通過分子鏈間電輸運過程電導基本不隨分子共軛結(jié)構(gòu)及長度的變化而改變。表明在單分子尺度，分子鏈間輸運甚至可以提供比分子鏈內(nèi)輸運更高效的電傳輸途徑。通過分析不同共軛長度噻吩分子形成雙分子組裝體器件的概率，發(fā)現(xiàn)其隨著分子共軛長度的增加而提高，證明噻吩分子共軛區(qū)域的增大提升了分子鏈間組裝概率。該工作通過在單分子尺度構(gòu)筑模型分子體系，揭示了噻吩類衍生物分子結(jié)構(gòu)與其電輸運性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，為理解聚集態(tài)有機半導體材料的電輸運過程提供了獨特的視角，也為構(gòu)筑基于分子鏈間電輸運作用的新型分子器件開拓了思路。

該研究工作以“Structure-Independent Conductance of Thiophene-Based Single-Stacking Junctions”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition。洪文晶教授、中科院化學所張德清研究員與劉子桐副研究員、英國蘭卡斯特大學Colin J. Lambert教授為論文的共同通訊作者。廈門大學化學化工學院化工系李曉慧博士、白杰博士和蘭卡斯特大學吳青青博士為論文共同第一作者，劉俊揚副研究員、師佳副教授、博士后胡勇、研究生唐淳、鄭玨婷、宋沆、黃曉娟和薩本棟微納研究院的楊楊副教授等也參與了研究工作。

基于上述工作發(fā)展的分子鏈間電輸運表征技術(shù)，洪文晶教授課題組與諾貝爾獎得主、美國西北大學Fraser Stoddart教授合作，在研究帶電大環(huán)分子體系的量子干涉效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，雙通道帶電大環(huán)分子體系的兩條分子鏈間能夠發(fā)生強靜電相互作用，而這一強靜電相互作用可以有效調(diào)控由通過兩條分子鏈內(nèi)電輸運的相長量子干涉效應(yīng)，從而實現(xiàn)相對單條分子鏈電輸運超過50倍的電導增強。這一研究成果驗證了分子鏈間非化學鍵的強靜電相互作用能顯著調(diào)控相消量子干涉效應(yīng)，提出了分子鏈間強靜電相互作用的單分子器件“自門控(self-gating)”設(shè)計新思路。

該研究工作以“Giant Conductance Enhancement of Intramolecular Circuits through Interchannel Gating”為題發(fā)表于Cell出版社旗下Matter期刊。美國西北大學Fraser Stoddart教授、廈門大學化學化工學院洪文晶教授、加拿大麥吉爾大學郭鴻教授為該工作的共同通訊作者，西北大學陳洪亮博士、廈門大學化學化工學院碩士生鄭海寧、麥吉爾大學胡晨博士為論文共同第一作者。

上述工作得到國家重點研發(fā)計劃課題（2017YFA0204902）、國家自然科學基金（21722305、21673195、21703188）等項目的資助，也得到了固體表面物理化學國家重點實驗室、能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913344

                   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519304060