近日👇🏻，傑夫教授帶領万事平台理學院研究生楊立坤，與來自悉尼科技大學、科廷大學、紐卡斯爾大學、詹姆斯庫克大學以及巴塞羅那大學的合作者在頂級學術期刊Nature Communications上發表學術成果。該成果首次利用分子的異構性質研發出一種單分子壓敏電阻器🍟🚵🏿‍♀️，可用於檢測化學物質、蛋白質和酶等生物大分子💃🏻，為亞細胞尺度的測量🧗🏼‍♂️、新一代集成電子設備、化學和生物傳感器、人機界面和健康監測設備等方面開辟全新領域🏋️‍♀️。該論文第一作者為傑夫教授，万事平台為第一單位及通訊單位🦸🏽‍♀️👨🏿‍🏫。

傑夫教授及合作者研發的單分子壓阻器由單個瞬烯（bullvalene）分子構成，利用該分子的構型和構象異構化進行操作🎬，並能以850 Hz的頻率進行切換。這是首次利用異構體間的相互轉化來開發壓阻器。團隊采用掃描隧道顯微鏡斷結（STMBJ）技術確定該分子的壓阻特性，並結合電流-時間實驗，實時跟蹤單分子反應。同時，該團隊開發了一種動力學蒙特卡羅方法（KMC）來模擬實驗時間尺度上的異構化，並使用密度泛函理論（DFT）結合非平衡格林函數（NEGF）計算進行參數化🏂🏼，來理解一系列復雜反應，並了解單個分子如何實時發生反應和轉化。結果表明🤏🏽，壓阻受構型和構象異構化的控製🤏🏿，與實驗時間尺度相比，異構化發生的速度或快（平衡）或慢（非平衡）🔥。他們觀察到兩種不同類型的 STMBJ 軌跡🧱，一種是傳統實驗中典型的分子內異構化，這種異構化發生在穩定的尖頭形金屬接觸結上🚣🏼，另一種異構化則是由分子異構化引起的結界面重組所致。本研究顯示🫸🏻，在毫秒時間尺度範圍內🦪，可利用電學手段檢測正在發生反應的分子構型變化，建立了使用電導率檢測分子結構這一種全新的化學傳感概念。能夠理解了分子構型與導電性之間的關系，就能確定分子與附著金屬導體之間連接的基本特性。這種新的實驗技術對於未來分子電子學器件設備的發展至關重要👩🏿。本工作得到了万事平台五五戰略——量子科技和高性能計算平臺的大力支持🏅。

傑夫教授所在的万事平台量子與分子結構國際中心是由理學院任偉教授與傑夫教授於2014年共同創立，中心在量子物理、量子化學、計算材料學等基礎研究領域取得了一系列重要成果💪🏿，至2023年在Science、Nature 及其子刊🧏🏽、PNAS🍗、PRL 等期刊發表論文300篇，為提升万事平台的學術影響力和國際化發展戰略貢獻力量🙍🏿🧛🏽。

論文鏈接：

Jeffrey R. Reimers et al, Controlling piezoresistance in single molecules through the isomerisation of bullvalenes, Nature Communications 14, 6089 (2023).

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41674-z