基于镓铟合金电极的单分子层电输运研究进展

doi:10.7503/cjcu20200725

高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 2629-2637.doi: 10.7503/cjcu20200725

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基于镓铟合金电极的单分子层电输运研究进展

刘天硕¹, 龙世川¹, 姚志轶², 师佳¹, 杨扬¹(), 洪文晶¹()

^1.固体表面物理化学国家重点实验室, 中国福建能源材料科学与技术创新实验室, 厦门大学化学化工学院, 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院, 厦门 361005
^2.中国农业大学食品科学与营养工程学院, 北京 100083

收稿日期:2020-09-30 出版日期:2020-12-10 发布日期:2020-12-09
通讯作者: 洪文晶 E-mail:yangyang@xmu.edu.cn;whong@xmu.edu.cn
作者简介:杨扬, 男, 博士, 副教授, 主要从事分子电子器件和纳米间隔的表界面物理化学研究. E-mail: yangyang@xmu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号(21973079);21722305, 31871877)和国家重点研发计划项目(2017YFA0204902)

Progress of Charge Transport Through Self-assembled Monolayers by Employing Eutectic Gallium-Indium Technique

LIU Tianshuo¹, LONG Shichuan¹, YAO Zhiyi², SHI Jia¹, YANG Yang¹(), HONG Wenjing¹()

^1.State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces，Innovation Laboratory for Sciences and Technologies of Energy Materials of Fujian Province（IKKEM），College of Chemistry and Chemical Engineering & Pen?Tung Sah Institute of Micro?Nano Science and Technology，Xiamen University，Xiamen 361005，China
^2.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China

Received:2020-09-30 Online:2020-12-10 Published:2020-12-09
Contact: HONG Wenjing E-mail:yangyang@xmu.edu.cn;whong@xmu.edu.cn
Supported by:
? Supported by the National Natural Science Foundation of China(21973079);the National Key Research and Development Program of China(2017YFA0204902)

摘要/Abstract

摘要：

有机分子层的电输运特性是分子电子学研究的重要问题. 镓铟合金电极技术具有成结率高、可靠性好及操作简便等优点, 近年来已成为测量单分子层电输运的常用表征手段. 本文介绍了镓铟合金电极技术的基本原理及测试方法, 综述了该技术所带来的一些前沿成果, 并对其目前存在的优势、缺点及未来发展前景进行了分析.

关键词: 镓铟合金, 自组装单分子层, 电输运, 分子电子学

Abstract:

Electron transport through organic molecular layers is an essential issue in molecular electronics. The electrical testing by employing gallium-indium alloy（EGaIn） electrodes is well recognized because of its high junction formation rate， reliability， and user-friendly operation. It thus has been extensively adopted in analyzing the charge transport through self-assembled monolayers（SAMs）. This review outlines the principle and experimental operation of the EGaIn technique， introduces the recent progress in molecular electronics using the EGaIn technique， and finally gives a prospect.

Key words: Gallium-indium alloy, Self-assembled monolayer, Charge transport, Molecular electronics

中图分类号:

O646

刘天硕, 龙世川, 姚志轶, 师佳, 杨扬, 洪文晶. 基于镓铟合金电极的单分子层电输运研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(12): 2629-2637.

LIU Tianshuo, LONG Shichuan, YAO Zhiyi, SHI Jia, YANG Yang, HONG Wenjing. Progress of Charge Transport Through Self-assembled Monolayers by Employing Eutectic Gallium-Indium Technique[J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2020, 41(12): 2629-2637.

图/表 6

Fig.1 Equipment structure and a typical EGaIn junction(A) Schematic diagram of an EGaIn-testing equipment(the red dash circle highlights the SAMs junction); (B) optical image of the EGaIn junction; (C) schematic diagram of the EGaIn junction with SC16H34 SAMs.

Fig.2 Photographs captured during the preparation of the EGaIn junction[30]The preparation process of the EGaIn junction in ambient conditions and a ?owbox with a 2.5%(volume fraction) O2 atmosphere and relative humidity less than 15%. The yellow scale bar represents 500 μm. Copyright 2016, American Chemical Society.

Fig.3 Electrical characterization of anthraquinone molecular wires with different structures[44](A) AuMica and EGaIn; (B) AuTS and EGaIn; (C) AuMica and AuCP-AFM; (D) the structures of the molecules studied in the experiment. Different colors represent test results for AQ(black), AC(red), APh(cyan), ABr(blue), ATTF(pink), and TCNAQ(yellow) in (D). Copyright 2019, The Royal Society of Chemistry.

Fig.4 Sketch of the SAMs devices and the result of experiments[45](A) Structures of molecules with different cores of BDT-1, BDT-2, BDT-3, and AQ, which have else linearly(blue) or cross-conjugated(red) pathway for electron transport; (B) schematic of Au/SAM//EGaIn junction with the molecules in(A); (C) normalized low bias conductance of BDT-1(salmon), BDT-2(purple), BDT-3(pink) and AQ(grey). Copyright 2018, The Royal Society of Chemistry.

Fig.5 Schematic illustration of Molecular Junctions and its equivalent circuit[54](A) Structures of SAMs with four different cores of BT, BPh, FH, and FO; (B) Classical parallel resistors based on Kirchhoff’s law(left), the molecular quantum circuit and its equivalent diagram, which obeys a different electrical rule compared with its counterpart in the macroscale electrical circuit(right). Copyright 2020, Wiley-VCH.

Fig.6 EGaIn technique combined with other experimental methods(A) Schematic of a typical SAMs-based microchip, where PDMS fixes the EGaIn junction; (B) time traces of different plasmon emitters. The red lines show the threshold(24000 counts/s) between the two states(on and off)[57]; (C) schematic diagram of thermoelectric molecular junction based on EGaIn electrodes; (D) plots of theoretical Seebeck coefficient and the experimental values as a linear function of the length of molecules[60](A, B) Copyright 2016, Springer Nature; (C, D) Copyright 2019, The Royal Society of Chemistry.

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基于镓铟合金电极的单分子层电输运研究进展

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