厦门大学洪文晶/刘俊扬课题组：超低电导双通道烷基链

厦门大学洪文晶/刘俊扬课题组和兰卡斯特大学Colin Lambert教授课题组，中国科学院福建物质结构研究所陈忠宁教授课题组基于非共轭σ化学键的相消量子干涉效应，成功构建了比单通道烷基链更加绝缘的双通道烷基链。

在电子器件小型化的趋势下，分子电子学应运而生并指导了纳米尺度下的单分子器件的构筑。与传统硅基器件相比，单分子器件在小型化的同时也保证了功能化的实现，如单分子开关，整流器，二极管等。量子干涉效应提供了在纳米尺度上调控分子器件的传输机制，对设计分子开关、分子绝缘体具有重要意义。相消量子干涉效应能显著降低电子在分子中的隧穿透射概率，从而显著降低电导。然而常规的π共轭体系仍然存在基于σ共价键的传输通路，从而难以通过π共轭体系的相消量子干涉效应实现完全的绝缘。如何在σ共价键体系中引入相消量子干涉效应，从而抑制σ电子的输运，将有助于实现电子的全通路抑制，构筑高性能的单分子绝缘体。

近日，厦门大学化学化工学院刘俊扬副教授、洪文晶教授团队，兰卡斯特大学Colin Lambert教授团队与中国科学院福建物质结构研究所陈忠宁教授团队通过构建了烷基链这类有机化学中最普通的σ共价键体系的双通道分子结，通过两条烷基链组成的环使得碳链之间引入扭曲的gauche构型，从而产生了相消量子干涉效应，成功使双通道的烷基环比单通道烷基链分子更加绝缘，违背了常规体系下的电导叠加定律。该工作通过单分子电导实验、单分子塞贝克系数测量、理论计算等三方面证实了限制构象的双通道烷基链可在σ干涉的影响下降低导电性。该工作通过在简单的烷烃σ系统中实现相消量子干涉效应，为之后具有高绝缘性的分子器件设计和制造提供了新的指导。

厦门大学博士生叶婧瑶、硕士毕业生曹文强、兰卡斯特大学的Alaa Al-Jobory，中国科学院福建物质结构研究所张潜翀副研究员为论文共同第一作者。中国科学院福建物质结构研究所陈忠宁教授、兰卡斯特大学Ali Ismael博士，厦门大学刘俊扬副教授为通讯作者。详见：Ye J, Al-Jobory A, Zhang QC, Cao W, Alshehab A, Qu K, Alotaibi T, Chen H, Liu J, Ismael A, Chen ZN, Lambert C, Hong W. Highly insulating alkane rings with destructive σ-interference. Sci. China Chem., 2022, DOI:10.1007/s11426-022-1341-y.

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通讯作者简介

刘俊扬  厦门大学化学化工学院副教授，嘉庚创新实验室条件保障部部长助理，入选厦门大学南强青年拔尖人才B类，主要研究方向是基于微纳制造的单分子电子学和单分子尺度反应动力学，以第一作者或通讯作者在Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. Adv.、Acc. Chem. Res.等国际知名期刊发表文章17篇。主持/参与国家自然科学基金面上项目、青年基金、重点项目等多项国家级科研项目。