JACS｜通过分子间耦合构筑多级单分子开关

本文报道了加州大学圣地亚哥分校李绍巍教授团队在单分子开关领域的研究进展。背景方面,传统单分子开关多局限于双稳态,难以实现多级可寻址状态。研究目的在于探索是否可以通过分子间耦合,在不依赖复杂分子合成的前提下,构筑多级分子开关。方法上,研究团队利用低温扫描隧道显微镜(STM),在Cu(100)表面构建吡咯烷二聚体,通过分子间的范德华吸引与位阻排斥重塑势能面。结论表明,原本仅具有双稳态的单个吡咯烷分子,在形成二聚体后呈现六种不同构型状态,并实现多步、低能耗的转变路径。通过调控STM针尖位置、偏压和针尖-分子距离,可选择性操控多种稳定构型,实现了可工作的多稳态分子开关。该工作提出了“反应坐标工程”理念,为发展高信息密度、低能耗的多级分子器件提供了新思路。