Single-Molecule Field-Effect Transistors with Graphene Electrodes and Covalent Pyrazine Linkers

Hantao Sun Jianhui Liao Shimin Hou

Citation:  Hantao Sun, Jianhui Liao, Shimin Hou. Single-Molecule Field-Effect Transistors with Graphene Electrodes and Covalent Pyrazine Linkers[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(10): 190602. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906027 shu

基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管

    通讯作者: 廖建辉, smhou@pku.edu.cn
    侯士敏, jianhui.liao@pku.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21573014

    国家自然科学基金 61671021

    国家自然科学基金 61621061

    国家重点基础研究发展规划 2017YFA0204903

    国家重点基础研究发展规划 2016YFA0201901

摘要: 在单分子结中,核心分子与电极之间的连接基团对器件的力学、电学特性有着重要影响。连接基团的力学强度影响着器件的稳定性而其电子耦合强度则影响着分子结的电导值和导电极性。两端带邻苯二胺基团的分子可以和石墨烯电极边缘的邻醌基团发生缩合反应,生成基于吡嗪连接的分子结。我们实验制备了基于吡嗪连接的石墨烯电极单分子场效应晶体管(FET)并研究了其电学性质。我们发现分子组装后器件的产率可以达到26%,证明了吡嗪连接基团用于构建石墨烯电极单分子器件的可行性。通过测量器件的电学性质,我们发现吡嗪连接与石墨烯电极之间的耦合强度对单分子场效应晶体管的导电极性有着决定性的影响。具体而言,弱耦合时器件为核心分子的最高占据轨道起主导作用的p-型FET而强耦合时器件为核心分子的最低空轨道起主导作用的n-型FET。

English

    1. [1]

      Sun, L.; Diaz-Fernandez, Y. A.; Gschneidtner, T. A.; Westerlund, F.; Lara-Avila, S.; Moth-Poulsen, K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43 (21), 7378. doi: 10.1039/C4CS00143E

    2. [2]

      Su, T. A.; Neupane, M.; Steigerwald, M. L.; Venkataraman, L.; Nuckolls, C. Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16002. doi: 10.1038/natrevmats.2016.2

    3. [3]

      Jia, C.; Guo, X. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5642. doi: 10.1039/C3CS35527F

    4. [4]

      Xin, N.; Guan, J.; Zhou, C.; Chen, X.; Gu, C.; Li, Y.; Ratner, M. A.; Nitzan, A.; Stoddart, J. F.; Guo, X. Nat. Rev. Phys. 2019, 1, 211. doi: 10.1038/s42254-019-0022-x

    5. [5]

      Metzger, R. M. Chem. Rev. 2015, 115, 5056. doi: 10.1021/cr500459d

    6. [6]

      Xiang, D.; Wang, X.; Jia, C.; Lee, T.; Guo, X. Chem. Rev. 2016, 116, 4318. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00680

    7. [7]

      Strachan, D. R.; Smith, D. E.; Fischbein, M. D.; Johnston, D. E.; Guiton, B. S.; Drndić, M.; Bonnell, D. A.; Johnson, A. T. Nano Lett. 2006, 6, 441. doi: 10.1021/nl052302a

    8. [8]

      O'Neill, K.; Osorio, E. A.; van der Zant, H. S. J. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 133109. doi: 10.1063/1.2716989

    9. [9]

      Perrin, M. L.; Burzuri, E.; van der Zant, H. S. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 902. doi: 10.1039/C4CS00231H

    10. [10]

      Jia, C.; Ma, B.; Xin, N.; Guo, X. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2565. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00133

    11. [11]

      Prins, F.; Barreiro, A.; Ruitenberg, J. W.; Seldenthuis, J. S.; Aliaga-Alcalde, N.; Vandersypen, L. M.; van der Zant, H. S. Nano Lett. 2011, 11, 4607. doi: 10.1021/nl202065x

    12. [12]

      Island, J. O.; Holovchenko, A.; Koole, M.; Alkemade, P. F.; Menelaou, M.; Aliaga-Alcalde, N.; Burzuri, E.; van der Zant, H. S. J. Phys.: Condens. Matter 201, 26, 474205. doi: 10.1088/0953-8984/26/47/474205

    13. [13]

      Lau, C. S.; Mol, J. A.; Warner, J. H.; Briggs, G. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 20398. doi: 10.1039/C4CP03257H

    14. [14]

      Sun, H.; Jiang, Z.; Xin, N.; Guo, X.; Hou, S.; Liao, J. ChemPhysChem 2018, 19, 2258. doi: 10.1002/cphc.201800220

    15. [15]

      Cao, Y.; Dong, S.; Liu, S.; He, L.; Gan, L.; Yu, X.; Steigerwald, M. L.; Wu, X.; Liu, Z.; Guo, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 124, 12394. doi: 10.1002/anie.201205607

    16. [16]

      Mol, J. A.; Lau, C. S.; Lewis, W. J.; Sadeghi, H.; Roche, C.; Cnossen, A.; Warner, J. H.; Lambert, C. J.; Anderson, H. L.; Briggs, G. A. D. Nanoscale 2015, 7, 13181. doi: 10.1039/C5NR03294F

    17. [17]

      Xu, Q.; Scuri, G.; Mathewson, C.; Kim, P.; Nuckolls, C.; Bouilly, D. Nano Lett. 2017, 17, 5335. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b01745

    18. [18]

      Xin, N.; Li, X.; Jia, C.; Gong, Y.; Li, M.; Wang, S.; Zhang, G.; Yang, J.; Guo, X. Angew. Chem. 2018, 130, 14222. doi: 10.1002/ange.201807465

    19. [19]

      Sadeghi, H.; Sangtarash, S.; Lambert, C. Nano Lett. 2017, 17 (8), 4611. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b01001

    20. [20]

      Limburg, B.; Thomas, J. O.; Holloway, G.; Sadeghi, H.; Sangtarash, S.; Hou, I. C. Y.; Cremers, J.; Narita, A.; Müllen, K.; Lambert, C. J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803629. doi: 10.1002/adfm.201803629

    21. [21]

      Guo, X.; Small, J. P.; Klare, J. E.; Wang, Y.; Purewal, M. S.; Tam, I. W.; Hong, B. H.; Caldwell, R.; Huang, L.; O'brien, S. Science 2006, 311, 356. doi: 10.1126/science.1120986

    22. [22]

      Cao, Y.; Dong, S.; Liu, S.; Liu, Z.; Guo, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 125, 3998. doi: 10.1002/anie.201208210

    23. [23]

      Jia, C.; Migliore, A.; Xin, N.; Huang, S.; Wang, J.; Yang, Q.; Wang, S.; Chen, H.; Wang, D.; Feng, B. Science 2016, 352, 1443. doi: 10.1126/science.aaf6298

    24. [24]

      Lörtscher, E. Nat. Nanotech. 2013, 8, 381. doi: 10.1038/nnano.2013.105

    25. [25]

      Ratner, M. Nat. Nanotech. 2013, 8, 378. doi: 10.1038/nnano.2013.110

    26. [26]

      Fukushima, T.; Drisdell, W.; Yano, J.; Surendranath, Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10926. doi: 10.1021/jacs.5b06737

    27. [27]

      Oh, S.; Gallagher, J. R.; Miller, J. T.; Surendranath, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 1820. doi: 10.1021/jacs.5b13080

    28. [28]

      Ricke, N. D.; Murray, A. T.; Shepherd, J. J.; Welborn, M. G.; Fukushima, T.; Van Voorhis, T.; Surendranath, Y. ACS Catal. 2017, 7, 7680. doi: 10.1021/acscatal.7b03086

    29. [29]

      Jackson, M. N.; Oh, S.; Kaminsky, C. J.; Chu, S. B.; Zhang, G.; Miller, J. T.; Surendranath, Y. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 1004. doi: 10.1021/jacs.7b10723

    30. [30]

      Gajiwala, H.; Zand, R. Polymer 2000, 41, 2009. doi: 10.1016/S0032-3861(99)00371-7

    31. [31]

      Bindewald, E.; Lorenz, R.; Hübner, O.; Brox, D.; Herten, D.-P.; Kaifer, E.; Himmel, H. J. Dalt. Trans. 2015, 44, 3467. doi: 10.1039/C4DT03572K

    32. [32]

      Sun, H.; Liu, X.; Su, Y.; Deng, B.; Peng, H.; Decurtins, S.; Sanvito, S.; Liu, S. X.; Hou, S.; Liao, J. Nanoscale 2019, doi: 10.1039/C9NR01551E

    33. [33]

      Hihath, J.; Bruot, C.; Nakamura, H.; Asai, Y.; Díez-Pérez, I.; Lee, Y.; Yu, L.; Tao, N. ACS Nano 2011, 5, 8331. doi: 10.1021/nn2030644

    34. [34]

      Lörtscher, E.; Gotsmann, B.; Lee, Y.; Yu, L.; Rettner, C.; Riel, H. ACS Nano 2012, 6, 4931. doi: 10.1021/nn300438h

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  17
  • 文章访问数:  499
  • HTML全文浏览量:  127
文章相关
  • 发布日期:  2021-10-15
  • 收稿日期:  2019-06-05
  • 接受日期:  2019-06-20
  • 修回日期:  2019-06-18
  • 网络出版日期:  2019-07-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章