分子电子学器件：由具有电、磁、光、 热、离子、机械和化学反应性能的分子和 超分子组装排列而成的有序结构，是在分 子或超分子层次上完成信息和能量的检测 、转换、传输、存储与处理等功能的化学 及物理系统。简单地说，分子器件就是在 分子水平上具有特定功能的超微型器件 分子电子器件的研究目标: 采用有 机和无机导电聚合物、生物聚合物、电荷 转移盐、有机金属和其他分子材料，开创 出用于信息和微电子学的新型元件。
分子电子器件
现如今分子电子器件的应用有很多如： 分子导线 分子开关 分子整流管 分子储存器 ……
分子导线
种类 信息的载流子 金属 电子 无机非 电子、空穴 金属 分子 电子、空穴、孤子、自由基电子、 极化子、双极化子
★分子导线举例 ①共轭聚合物
反式聚乙炔 顺式聚乙炔 聚对苯
聚吡咯 聚噻吩 聚二乙炔
分子整流器
分子整流器的模型分子：
NC CN S S
S
S
NC
CN
由受体7，7，8，8—四氰基对亚甲基 苯醌(TCNQ)和给体四硫富瓦烯(TTF)组 成。3个亚甲基桥是为了保证分子的刚 性和绝缘性。
★实例：
H
C16H33
N+ CNC
CN
CN
H
C16H33
N+ CNC
CN
CN
单分子LB膜
Mg Ag
分子存储器
基于电子转移的光控开关
Fig. 1. Light-driven dethreading of pseudorotaxanes by excitation of a photosensitizer P as (a) an external reactant (MeCN or H2O, room temperature), (b) a stopper in the wiretype component (EtOH, room temperature), and (c) a component of the macrocyclic ring (H2O, room temperature).
分子电子器件
——氧化还原活性配合物
分子电子学概念
分子电子学研究的是分子水平上的电 子学，其目标是用单个分子、超分子或分 子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学 元件组装逻辑电路，乃至组装完整的分子 计算机。 它的研究内容包括各种分子电子 器件的合成、性能测试以及如何将它们组 装在一起以实现一定的逻辑功能。同传统 的固体电子学相比，分子电子学有着强大 的优势。
O
Ar
O
Ar
O
(Me) 3C
N
N
N
N
N
N
C(Me) 3
O
Ar
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
O
尺寸为7.5nm的分子导线
③卟啉衍生物分子导线
分子光子导线
硼-二吡咯亚甲基染料在一端提供光输入， 三个锌卟啉的线性排列作为信号的输运单 元,而原卟啉在另一端提供光输出
分子开关
分子开关是指用电双稳材料制成的具有双稳 态特性的量子化体系。当外界光、电、热、磁、 酸碱度等条件变化时，分子的形状、化学键的生 成或断裂、振动以及旋转等性质会随之变化，通 过这些变化，分子可以在两种状态之间可逆转换 ，两种状态由于电阻值高低不同而对应于电路的 通断，从而实现信息传输的功能。
N
N
N
S
S
S
聚硫氮化物
(SN)n
②纳米尺寸的刚性线性分子导线
O Ar O Ar O
(Me)3C
N
N
C(Me)3
O
Ar
O
Ar
O
尺寸为3.06nm的分子导线
O
Ar
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
O
(Me)3C
N
N
N
N
C(Me)3
O
Ar
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
O
尺寸为5.28nm的分子导线
O
Ar
O
Ar
O
O
Ar
O
Ar
O
分子存储器是指用来存储信息的量子化体 系。分子水平上的存储是通过具有双稳态或 多稳态特性的分子材料实现的。在电场的作
用下，这种材料可从原来的绝缘态跃迁为导
电态，相当于计算机存储器中的“0” “1” 两种状态；用来“的氢转移， 二聚化反应，顺-反异构，电荷转移，苯-醌转变。
电双稳材料
对材料两端施加电压，当电场达到某一阈值
时，该材料可由高阻态转为低阻态；若再通 过某种能量激励，如反向电场或电流脉冲， 又可使材料从低阻态恢复到高阻态。在没有
外加刺激时，两种状态均能稳定存在。

分子开关
光控磁开关
基于电子转移的光控开关 基于光诱导分子构型变化的开关
光控磁开关
Fig. 10. Photoswitch of magnetic interaction. （diarylethene)
★实例：
H C N O H
500nm弱光 500nm强光
O
H N C
H
烯醇（E）型 型 “0”
顺式醌酮（QC）
“1”
分子器件的优点： ①分子电子芯片的尺寸比目前的硅 芯片小3个数量级； ②一个同样体积的分子芯片具有比 通常芯片高出几百万倍的计算能力； ③计算机的设计概念也有较大的变 化，分子大小的电子线路的排列密度 会导致真正的数据库计算机存储器的 发展。
基于光诱导分子构型变化的开关
Fig.2. The photoinduced inclusion of 4,4’-bipyridine(45) inside the cavity of the azobenzene-capped cyclodextrin derivative 44(H2O, pH 7.2, 298K).The 4,4’-dicarbonylazobenzene unit is attached to two of the primary oxygen atoms of the cyclodextrin derivative