2025-05-02 ジョージア工科大学
ジョージア工科大学とマイアミ大学、ロチェスター大学の研究チームは、世界で最も電気伝導性の高い有機分子を開発しました。この分子は、炭素、硫黄、窒素など自然界に存在する元素で構成されており、数十ナノメートルの距離をエネルギー損失なく電子が移動できる特性を持ちます。この成果は、Journal of the American Chemical Societyに掲載されました。
◆従来、分子サイズが大きくなると電子の伝導性は急激に低下する傾向がありましたが、今回の分子は室温・大気中でも安定しており、ナノスケールの電子デバイスや量子コンピューティングの基盤技術として期待されています。研究チームは、走査型トンネル顕微鏡を用いて単一分子の電気伝導性を測定し、電子がエネルギー損失なく移動することを確認しました。また、この分子は量子ビット（qubit）としての応用も視野に入れられており、分子スケールでの情報処理の可能性を広げるものです。
＜関連情報＞
- https://research.gatech.edu/unique-molecule-may-lead-smaller-more-efficient-computers
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18150
開殻ドナー・アクセプター高分子を介した長距離共振電荷輸送 Long-Range Resonant Charge Transport through Open-Shell Donor–Acceptor Macromolecules
Shaocheng Shen,Mehrdad Shiri,Paramasivam Mahalingam,Chaolong Tang,Tyler Bills,Alexander J. Bushnell,Tanya A. Balandin,Leopoldo Mejía,Haixin Zhang,Bingqian Xu,Ignacio Franco,Jason D. Azoulay,and Kun Wang
Journal of the American Chemical Society Published: May 1, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.4c18150
Abstract
A grand challenge in molecular electronics is the development of molecular materials that can facilitate efficient long-range charge transport. Research spanning more than two decades has been fueled by the prospects of creating a new generation of miniaturized electronic technologies based on molecules whose synthetic tunability offers tailored electronic properties and functions unattainable with conventional electronic materials. However, current design paradigms produce molecules that exhibit off-resonant transport under low bias, which limits the conductance of molecular materials to unsatisfactorily low levels─several orders of magnitude below the conductance quantum 1 G0─and often results in an exponential decay in conductance with length. Here, we demonstrate a chemically robust, air-stable, and highly tunable molecular wire platform comprised of open-shell donor–acceptor macromolecules that exhibit remarkably high conductance close to 1 G0 over a length surpassing 20 nm under low bias, with no discernible decay with length. Single-molecule transport measurements and ab initio calculations show that the ultralong-range resonant transport arises from extended π-conjugation, a narrow bandgap, and diradical character, which synergistically enables excellent alignment of frontier molecular orbitals with the electrode Fermi energy. The implementation of this long-sought-after transport regime within molecular materials offers new opportunities for the integration of manifold properties within emerging nanoelectronic technologies.
