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噻吩衍生物因為其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)而在諸如有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)場效應(yīng)晶體管以及有機(jī)光伏電池等有機(jī)電子學(xué)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(xué)性質(zhì)由分子鏈內(nèi)和鏈間電輸運(yùn)共同決定，而在宏觀尺度下這兩種電輸運(yùn)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(xué)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(yùn)性質(zhì)提供了的獨特機(jī)遇。

該工作采用機(jī)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(yùn)的單分子器件和模擬分子鏈間輸運(yùn)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(yùn)過程中電導(dǎo)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(yùn)過程電導(dǎo)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(yùn)甚至可以提供比分子鏈內(nèi)輸運(yùn)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(yùn)性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，為理解聚集態(tài)有機(jī)半導(dǎo)體材料的電輸運(yùn)過程提供了獨特的視角，也為構(gòu)筑基于分子鏈間電輸運(yùn)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(xué)所張德清研究員與劉子桐副研究員、英國蘭卡斯特大學(xué)Colin J. Lambert教授為論文的共同通訊作者。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工系李曉慧博士、白杰博士和蘭卡斯特大學(xué)吳青青博士為論文共同第一作者，劉俊揚(yáng)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(yùn)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(xué)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(qiáng)靜電相互作用，而這一強(qiáng)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(yùn)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(yùn)超過50倍的電導(dǎo)增強(qiáng)。這一研究成果驗證了分子鏈間非化學(xué)鍵的強(qiáng)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(qiáng)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(xué)Fraser Stoddart教授、廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶教授、加拿大麥吉爾大學(xué)郭鴻教授為該工作的共同通訊作者，西北大學(xué)陳洪亮博士、廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士生鄭海寧、麥吉爾大學(xué)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(xué)基金（21722305、21673195、21703188）等項目的資助，也得到了固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室、能源材料化學(xué)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