JACS｜通过分子间耦合构筑多级单分子开关

背景：在分子电子学领域，如何在单分子尺度上实现精准的构型调控是发展分子器件的关键。现有单分子开关多局限于双稳态框架，难以制备多稳态系统。研究目的：加州大学圣地亚哥分校Shaowei Li教授团队提出一种自下而上的策略，通过分子间耦合，在原本仅具有双稳态的吡咯烷单分子体系中构筑出多级、可寻址的分子开关。他们利用低温扫描隧道显微镜在Cu(100)表面构筑吡咯烷二聚体，研究分子间相互作用对其构型转变的影响。结论：实验发现，单个吡咯烷分子仅表现出高态和低态两种构型，但二聚体可呈现六种不同构型。分子间的范德华吸引与位阻排斥重塑了势能面，将原本一次跨越的高势垒转变拆分为两个低能步骤，使结构切换效率提高1-2个数量级。通过调控STM针尖位置、偏压和针尖-分子距离，可实现对二聚体多种稳定构型的选择性操控。这项工作展示了一种无需复杂分子合成、通过分子间耦合实现多级分子开关的通用思路，为发展高信息密度、低能耗的多级分子器件提供了新设计理念。