發(fā)布時(shí)間：2022年9月13日
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無(wú)論是基于單分子的光電子開關(guān)器件，還是利用掃描隧道顯微技術(shù)對(duì)單分子的操縱和化學(xué)鍵本質(zhì)的探索，都向科學(xué)界展示了單分子科學(xué)的迷人魅力。
日前，香山科學(xué)會(huì)議第 716 次學(xué)術(shù)研討會(huì)在京召開。廈門大學(xué)田中群教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊金龍教授、中山大學(xué)高松教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)羅毅教授和北京大學(xué)郭雪峰教授共同擔(dān)任本次會(huì)議的執(zhí)行主席。探討主題正是這一方興未艾的前沿領(lǐng)域——單分子科學(xué)與技術(shù)。
最具活力的研究領(lǐng)域
“復(fù)雜生命過(guò)程中的單個(gè)體分析包括單細(xì)胞、單顆粒、單分子等不同研究維度和對(duì)象，其中單分子科學(xué)是處于當(dāng)前的發(fā)展最前沿、最具活力的研究領(lǐng)域。”清華大學(xué)化學(xué)系教授李景虹說(shuō)。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心楊金龍教授和羅毅教授認(rèn)為，單分子是物質(zhì)世界的最小單元，是構(gòu)造物質(zhì)世界的基因，是最穩(wěn)定的量子單元，也是調(diào)控生命過(guò)程的關(guān)鍵，通常展現(xiàn)出不同于宏觀體材料的新奇現(xiàn)象和調(diào)控性能，在單分子電子信息技術(shù)、單分子反應(yīng)的理論及機(jī)制、單分子生物物理及其測(cè)序等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
與會(huì)專家介紹，目前已有單分子電子學(xué)、單分子光譜、納米孔道單分子分析、超分辨光學(xué)顯微成像、單分子力譜、單分子自旋電子學(xué)等多種基于電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)的強(qiáng)有力的單分子水平研究方法。
記者從會(huì)議上了解到，我國(guó)科學(xué)家在分子電子學(xué)領(lǐng)域的研究處于國(guó)際第一梯隊(duì)。2020年，我國(guó)在頂級(jí)刊物上發(fā)表的論文數(shù)量，在國(guó)際該領(lǐng)域同級(jí)別論文中占比超過(guò)三分之一。
單分子電子器件備受關(guān)注
利用單分子構(gòu)建功能光電子器件不僅可滿足器件微小化乃至高度集成的需求，還可研究材料在分子水平上的本征物理化學(xué)現(xiàn)象及其調(diào)控規(guī)律，是未來(lái)分子光電子器件研發(fā)的科學(xué)基礎(chǔ)，是世界各國(guó)相互競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，符合國(guó)家在信息領(lǐng)域小型化智能化的重大戰(zhàn)略需求。
單分子電子器件正是此次會(huì)議備受關(guān)注的領(lǐng)域之一。
北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院郭雪峰教授在會(huì)議上說(shuō)，20世紀(jì)70年代，研究者首次經(jīng)由理論計(jì)算設(shè)計(jì)出了一個(gè)具有整流作用的單分子電子器件。從那時(shí)起，分子電子學(xué)的研究吸引了來(lái)自化學(xué)、物理、信息、機(jī)械、生物等多個(gè)領(lǐng)域研究者的關(guān)注。
“分子器件是由能完成光、電、離子、磁、機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)的分子和超分子組裝排列而成的有序結(jié)構(gòu)，是在分子和超分子層次上能完成信息和能量的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)與處理等功能的化學(xué)及物理系統(tǒng)。” 郭雪峰引用朱道本先生對(duì)分子器件的定義并指出，簡(jiǎn)單地講，分子器件就是在分子水平上具有特定功能的超微型器件。
2016年，郭雪峰課題組曾與中外科學(xué)家協(xié)同攻關(guān)，利用二芳烯分子為功能中心、石墨烯為電極，實(shí)現(xiàn)了可逆單分子光電子開關(guān)器件的構(gòu)建，其研究成果發(fā)表于《科學(xué)》期刊。近年來(lái)，他們致力于拓展單分子器件在多功能光電子器件、單分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、單分子生物物理等多方面新的交叉科技突破點(diǎn)。
廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院洪文晶團(tuán)隊(duì)則基于單分子器件相干隧穿機(jī)制和量子效應(yīng)，聚焦高效、可控的單分子器件電學(xué)調(diào)控相關(guān)研究。
不過(guò)，與會(huì)專家指出，單分子器件研究仍存在一系列挑戰(zhàn)。
需聚集力量探索優(yōu)化方案
此次會(huì)議達(dá)成了一些共識(shí)，并提出多個(gè)相關(guān)建議。
與會(huì)專家呼吁，將單分子科學(xué)與技術(shù)納入國(guó)家戰(zhàn)略，啟動(dòng)一批探索單分子重大科學(xué)問題的項(xiàng)目；成立單分子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，聚集全國(guó)專家學(xué)者解決單分子科學(xué)與技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)，為國(guó)家重大戰(zhàn)略提供決策支持。
與會(huì)專家認(rèn)為，利用單分子可調(diào)的能級(jí)結(jié)構(gòu)，研究磁性分子的量子相干性，對(duì)其進(jìn)行新穎、復(fù)雜的量子相干操控，發(fā)展分子自旋電子學(xué)是單分子科學(xué)與技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要方向之一；發(fā)展超高時(shí)空分辨率的多模態(tài)精準(zhǔn)測(cè)量表征技術(shù)/譜學(xué)方法、融合新興的AI機(jī)器學(xué)習(xí)是非常必要的。
2022-09-12 21:33:51 來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)