Opto-elektronische apparaten met één molecuul

Elektronische apparaten met één molecuul, die enkelvoudige moleculen of moleculaire monolagen als hun geleidende kanalen gebruiken, bieden een nieuwe strategie om de miniaturisatie- en functionaliseringsknelpunten op te lossen waarmee traditionele elektronische halfgeleiderapparaten worden geconfronteerd. Deze apparaten hebben veel inherente voordelen, waaronder instelbare elektronische kenmerken, gemakkelijke beschikbaarheid, functionele diversiteit enzovoort.

Tot op heden zijn apparaten met één molecuul gerealiseerd met een verscheidenheid aan functies, waaronder diodes, veldeffectapparaten en opto-elektronische apparaten. Naast hun belangrijke toepassingen op het gebied van functionele apparaten, bieden apparaten met één molecuul ook een uniek platform om de intrinsieke eigenschappen van zaken op het niveau van één molecuul te verkennen.

Het reguleren van de elektrische eigenschappen van apparaten met één molecuul is nog steeds een belangrijke stap om de ontwikkeling van moleculaire elektronica verder te bevorderen. Om de moleculaire eigenschappen van het apparaat effectief aan te passen, is het noodzakelijk om de interacties tussen elektronentransport in apparaten met één molecuul en externe velden, zoals externe temperatuur, magnetisch veld, elektrisch veld en lichtveld, te verduidelijken. Van deze gebieden is het gebruik van licht om de elektronische eigenschappen van apparaten met één molecuul aan te passen een van de belangrijkste gebieden, bekend als ‘opto-elektronica met één molecuul’.

Deze interactie verwijst niet alleen naar de invloed van licht op de elektrische eigenschappen van moleculaire apparaten, dat wil zeggen het gebruik van licht om het ladingstransport door de moleculen te regelen, maar verwijst ook naar de luminescentie die door de moleculen ontstaat tijdens het ladingsoverdrachtproces. Het begrijpen van het foto-elektrische interactiemechanisme in apparaten met één molecuul is van groot belang voor de ontwikkeling van opto-elektronica met één molecuul.

De onderzoeksgroepen van prof. Xuefeng Guo, prof. Chuancheng Jia en prof. Dong Xiang van het Center of Single-Molecule Sciences van Nankai University beoordelen het fysieke mechanisme en verder in opto-elektronische apparaten met één molecuul. Opto-elektronische apparaten met één molecuul zijn van groot belang omdat ze niet alleen nieuwe strategieën bieden voor het oplossen van het knelpunt van miniaturisatie en functionalisering van traditionele elektronische halfgeleiderapparaten, maar ook helpen om de intrinsieke eigenschappen van moleculen op het niveau van één molecuul te onderzoeken. Het beheersen van de elektrische eigenschappen van apparaten met één molecuul is nog steeds de sleutel om de ontwikkeling van moleculaire elektronica verder te bevorderen.

Daarom is het belangrijk om de interactie tussen ladingstransport in de apparaten en externe velden, met name licht, te verduidelijken. In deze recensie gepubliceerd in Opto-elektronische vooruitgang, worden de opto-elektronische effecten die betrokken zijn bij apparaten met één molecuul samengevat, waaronder foto-isomerisatieomschakeling, fotogeleiding, door plasmon geïnduceerde excitatie, fotovoltaïsche energie en elektroluminescentie. Daarnaast worden de mechanismen van opto-elektronische apparaten met één molecuul uitgewerkt, met name de processen van foto-isomerisatie, foto-excitatie en foto-assisted tunneling. Ten slotte worden de kansen en uitdagingen die voortvloeien uit het onderzoek naar opto-elektronica met één molecuul kort geïntroduceerd en worden verdere doorbraken op dit gebied voorgesteld. Deze recensie zal nuttig zijn voor lezers die zich bezighouden met onderzoek met betrekking tot opto-elektronica, fotonica, organische elektronica, moleculaire elektronica, enz.