多传输通道分子导线的设计合成及单分子电导调控

Molecular wires, which is responsible for transportation of both energy and signal within molecular devices, play a vital role in molecular electronics. The current molecular wires provide only a single transportation channel for electrons that makes barrier to further improve the conductivity. Meanwhile, in accordance with molecular length-conductivity correlation, it is hardly to modulate the conductance with fixed molecular length. This project aims at enhancing the conductivity of the designed molecular wires containing multiple electron transportation channels attached to the same aromatic anchor group. On the other hand, through theoretical simulation studies, molecular conductance could be modulated by displacing the coordinated metal centers in various transportation channels without modifying the structure and length of molecular wires. A new concept is put forward to enhance molecular conductance through multiplet transportation channels in this project. This concept would provide new experimental and theoretical principles for the design of molecular wires with high and tunable conductivity.

分子导线因在分子器件间起传递能量与信号的作用，成为了分子电子学研究中举足轻重的部分。现有的分子导线只为电子传递提供单一通道，因而很难进一步提升电导能力。同时，还因为分子长度与电导率的强烈关联性，固定长度的导线分子几乎不能调控导电能力。本项目拟利用连接于同一芳香性锚定基团的多重电子传输通道来达到提升分子导线导电能力的目的。另外，在理论计算的指导下，通过替换不同电子传输通道的配位金属中心，在不改变分子导线结构和长度的条件下调控导线的导电能力。本项目首次提出利用多重传输通道提高分子导线导电率新概念，为设计具有高导电率可调分子导线的设计提供实验和理论依据。

分子电子学因其在超高集成度芯片制造上的潜在应用，成为了当下重要的理论研究方向。而分子导线在分子电子学研究中是最基础也是意义最重大的研究方向之一。当前被广泛研究的分子导线往往只为电子传递提供单一输运通道，因而结构模型和构效关系的拓展受到了极大的限制。本项目主要利用芳香性结构连接锚定基团与多条电子输运通道构建多通道分子导线，旨在研究多条电子输运通道协同作用下的电子输运规律与分子导线构效关系，为设计具有高导电率可调分子导线的设计提供实验和理论基础。.本项目完成的研究如下：.1.单通道金属有机分子导线研究旨在为相关结构的多通道分子导线做性能参比。我们通过研究铂-炔配位的单通道金属有机分子导线发现，不对称的配位结构具有提升电导的能力。理论计算表明，该电导提升是由HOMO轨道的不均匀分布造成。.2.多通道金属有机分子导线研究旨在探索多条金属配位的电子输运通道在协同作用中的电导性质。我们通过铂-炔配位结构构筑了具有多条电子输运通道的分子导线。通过单分子电导测试发现，这种多条电子输运通道通过芳香性基团连接到锚定基团的分子导线，电导并非各条通道电导的简单加和，而是各条电子输运通道电导按一定比例的加权加和。这是从来没有被观测到过的现象。我们通过理论计算发现，电子在芳香性的锚定基团中，会以不同的概率选择不同的通道，这与分子前线轨道在各个通道上的分布比例有关。另一方面，我们以单个金属离子作为侧链通道连接到铂-炔分子导线上，发现金属离子会通过与炔的Pi配位结构，使其d轨道参与到前线轨道的构筑中，从而起到调控电导的作用。.3.多通道有机分子导线研究旨在进一步探索影响电导概率分布的现象因素。其中，在以芳香性基团连接导电通道和锚定基团的结构中再次表征到了这种电导概率分布现象，在以饱和碳连接锚定基团和导电通道的结构中却没有发现这个现象。然而，在后者的结构中，我们发现了通道间轨道相位的不匹配造成了相消干涉现象。