电子元件可以小到什么程度？最新研究给出的答案是，小到可以由单个分子一节一节“拼接”而成。包括英国伯明翰大学、华威大学和新加坡国立大学在内的国际团队，开发出一种构建分子级电子材料的新方法，为下一代电子技术提供了全新设计工具。相关成果发表于近期《自然·通讯》。
研究团队成功制备出具有可调电子性质的“纳米带”。这类结构由分子首尾相连形成，其电子行为可通过设计分子排列顺序来精确控制。这意味着，材料的功能不再完全依赖后期调节，而是可在设计阶段就被“写入”。
此前虽然已有原子级精度的纳米带，但这是首次通过直接组合电子供体与受体单元来构建，并实现对电子性质的可编程控制。此外，传统纳米带多由石墨烯制备，但其本身并不具备稳定的半导体特性，需通过裁剪或化学修饰才能使用，且调控难度较大。相比之下，新方法从分子层面入手，实现了更精细的调控。
团队采用了供体—受体（D-A）化学策略。供体是一类倾向于释放电子的分子，而受体则倾向于吸收电子，将二者按特定序列组合。他们设计并合成了供体和受体分子，随后将其置于金表面并加热，使分子脱去溴原子后自发连接成链，形成不同类型的纳米带结构。
借助能够分辨单个分子甚至化学键的先进显微技术，团队不仅观察到纳米带的精细结构，还能测量电子在其中的运动行为。
他们发现，随着链长增加，纯供体纳米带的给电子能力增强，纯受体纳米带的受电子能力也随之提高；而混合纳米带的电子性质，则取决于供体与受体单元的具体排列顺序。团队据此建立了理论模型，为按需设计材料性能提供了依据。
这一成果为构建分子级电子材料提供了新路径，有望推动柔性电子器件、物联网微型电路、生物电子植入、太阳能电池及新型传感器等领域的发展。下一步，团队将进一步针对具体应用需求，设计具有特定性能的功能材料。
责任编辑：王丹
