Jämfört med traditionella elektroniska chips erbjuder optoelektroniska chips högre överföringshastigheter och bandbredd. Bland dem kan optiska signaler sändas med ljusets hastighet, vilket erbjuder betydande fördelar inom höghastighetskommunikation och dataöverföringsfält. Nano-enheter med enstaka molekyler som optoelektroniska funktionella centra förväntas möta efterfrågan på enhetsminiatyrisering och fungera som hörnstenen för framtida molekylära optoelektroniska enheter. Nyligen uppnådde forskare från College of Chemistry and Molecular Engineering vid Peking University, ledd av professor Xuefeng Guo, tillsammans med medarbetare, hög kvantutbytesstrålning av fosforescens/fluorescens genom att kovalent förankra molekylära broar isolerade och skyddade av cyklodextriner mellan grafen. Detta genombrott har framgångsrikt tillämpats i logikoperationer och realtidskommunikation. Det relaterade arbetet har publicerats online under titeln "Logic Operations and Real-Time Communication via Tunable Excited States in Single-Molecule Optoelectronic Chips" i tidskriften "Chemistry".
Professor Guo Xuefeng förklarade att det hittills fortfarande finns utrymme för förbättringar i prestanda och stabilitet hos enskilda molekyler i enheter, inklusive omkopplingsförhållandet för fälteffekttransistorer, kvantutbyte av lysdioder och driftfrekvens för logiska enheter. Bland dessa är kopplingen mellan molekyler och den yttre miljön en kritisk parameter. Stark koppling kan leda till hybridisering av molekyler med omvärlden, medan svag koppling kan försvaga moduleringseffekten av externa stimuli, vilket kräver ytterligare utveckling inom molekylär ingenjörskonst, gränssnittsteknik och elektrodteknik.
"Därför har vårt team, baserat på vår tidigare serie av studier, utvecklat ytterligare en multifunktionell enmolekylär optoelektronisk enhet, bestående av en platinacentrerad molekylär brygga inkapslad avcyklodextriner, grafenelektroder med gap i nanoskala och ett kiselsubstrat. De två cyklodextrinerna på båda sidor försvagar kopplingen mellan molekylen och miljön och undviker därmed motsvarande icke-strålande processer. Grafenelektroderna kan bilda ett robust kovalent gränssnitt med molekylen, vilket ytterligare uppnår multimolekylintegration, säger professor Guo Xuefeng.
Yang Chen, artikelns första författare och postdoktor vid Pekings universitet, sade att ytterligare inställning och selektiv emission av fluorescens och fosforescens kan möjliggöra omfattande binära och ternära logiska operationer samt realtidskommunikation. Multifunktionella och effektiva enmolekylära optoelektroniska enheter överbryggar molekylär elektronik med praktiska halvledarapplikationer, vilket visar de störande fördelarna med enmolekylära optoelektroniska enheter. De tillhandahåller tekniskt stöd för att bryta tekniska barriärer och utveckla nya principiella enheter, vilket representerar ett viktigt steg för enheter med en enda molekyl att flytta från laboratoriet till industriell produktion.
