科研人員發現單分子晶體管中的複雜量子關聯效應

松山湖材料實驗室

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郭瀟博士等人巧妙的構造納米金屬電極對並把單個酞菁錳分子嵌入其中，利用幾納米距離外的門電極對其中的多個分子軌道能量進行靜電調控。研究發現，這樣構造的分子晶體管體系中電子不再是單個獨立的穿過晶體管結構，而是通過多種量子效應構成新的關聯態——一個電子能否穿越過該分子器件取決於該電子與分子中相關電子的關系，並且也跟分子中電子之間的量子關聯有關。
郭瀟博士不但實現了這種量子效應的晶體管，同時還實現了對該分子晶體管性質的電學調控和對基本物理過程的定量化描述和討論。

由單個分子構成的晶體管是目前器件小型化的盡頭。當前的工作在分子電路的功能性上做出了獨立的原創性發現並對當前器件小型化的終點給出了可信的預測。可以相信，不同的分子構成的最小型電子器件可能擁有不同的量子效應和功能體現。分子構成的電路的遠景依賴於大量的研究探索和投入。

圖1 a 酞菁錳分子結構及器件示意圖 b 單個酞菁錳分子晶體管器件低溫下輸運特性

圖2 器件導電性能隨電壓，溫度和磁場的變化曲線

該論文第一作者為郭瀟，通訊作者為梁文傑。該工作得到了National Basic Research Program of China (2016YFA0200800)、中科院（XDB30000000，XDB07030100）、Sinopec Innovation Scheme (A-527)等的支持。研究成果以“Evolution and universality of Two-stage Kondo effect in single manganese phthalocynine molecule transistors” 為題，發表在 Nature Communications 12:1556 (2021) 上。