在纳米科技与器件微型化浪潮下，采取“自下而上”的思路，用单个分子构建电子元件乃至集成电路，成为了科学家探索的前沿。若实现，将能克服硅基芯片所面临的摩尔定律失效的瓶颈。然而，如何精准调控单个分子中的电荷传输，成为制约发展的核心难题。近日，兰州大学张浩力教授团队联合兰卡斯特大学Colin J. Lambert教授，在单分子量子干涉效应研究中取得突破相关成果发表于《应用化学国际版》。
在单分子尺度下，电子行为不再遵循经典物理规律，而是展现出强烈的量子效应，其中 “量子干涉”起到了关键作用。电子以波的形式传播时，通过不同路径传输的波函数相遇后，可能因相位相同叠加增强（相长干涉，CQI），也可能因相位相反抵消减弱（相消干涉，DQI）。相长干涉大幅提升导电性，相消干涉则大幅抑制电导，成为分子器件性能瓶颈。
传统手段通过微调分子结构或施加外场调控电导，效果有限。例如改变分子的拓朴结构、调控分子构型等，通常能在一个数量级左右调节电导。尤其在交叉共轭分子体系中，电子传输路径易形成相消干涉，导致电导极低，严重限制其应用潜力。
张浩力教授团队提出“反直觉”方案：不强化分子共轭性，反而通过氢键或硼配位修饰，将分子中的苯环替换为非芳香性六元环结构，看似削弱共轭性，却意外打破相消干涉束缚。团队核心策略是“阻断反向电流”：在交叉共轭体系中，电子沿多条路径传输，部分路径形成反向电流，从而产生了相消干涉。通过化学修饰，团队精准阻断反向电流形成路径，使电子传输畅通。
实验数据显示，采用该策略后，交叉共轭体系中的相消干涉被成功转变为相长干涉，同时，分子能级被协同调控，与金电极的费米能级更好匹配，分子电导提升两个数量级，达到传统方法难以企及的水平。这意味着，原本“导电困难”的分子，如今可通过简单修饰实现高效导电，为高电导分子器件设计开辟新路径。
研究揭示了突破背后的分步协同作用机制。第一步“釜底抽薪”：破坏反向电流存在的局部共轭结构，从根源上打断“反向电流”的传输路径，抑制相消量子干涉效应。第二步“锦上添花”：通过硼配位实现能级调控，增强分子能级与金电极费米能级的匹配程度，提高电子隧穿效率，进一步放大电导提升效果。
这项研究提出颠覆性分子设计策略，为未来量子干涉分子器件的研发提供了新思路。论文共同第一作者、兰州大学博士研究生吴顺达表示，随着纳米科技发展，这项研究或将推动分子芯片、分子集成电路的应用落地。该研究获得国家自然科学基金国家重点研发项目、甘肃省青年科科技基金、兰州大学超算平台的支持。
相关论文链接： https://doi.org/10.1002/anie.202520318
分子设计（左图）以及理论模拟示意图。兰州大学供图。本文链接：兰大团队突破单分子电导瓶颈，赋能纳米器件微型化http://www.sushuapos.com/show-11-29676-0.html
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