◎本报记者 刘园园

    无论是基于单分子的光电子开关器件，还是利用扫描隧道显微技术对单分子的操纵和化学键本质的探索，都向科学界展示了单分子科学的迷人魅力。

    日前，香山科学会议第716次学术研讨会在京召开。探讨主题正是这一方兴未艾的前沿领域——单分子科学与技术。

    最具活力的研究领域

    “复杂生命过程中的单个体分析包括单细胞、单颗粒、单分子等不同研究维度和对象，其中单分子科学是处于当前的发展最前沿、最具活力的研究领域。”清华大学化学系教授李景虹说。

    中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心杨金龙教授和罗毅教授认为，单分子是物质世界的最小单元，是构造物质世界的基因，是最稳定的量子单元，也是调控生命过程的关键，通常展现出不同于宏观体材料的新奇现象和调控性能，在单分子电子信息技术、单分子反应的理论及机制、单分子生物物理及其测序等领域具有广阔的应用前景。

    与会专家介绍，目前已有单分子电子学、单分子光谱、纳米孔道单分子分析、超分辨光学显微成像、单分子力谱、单分子自旋电子学等多种基于电学、光学、力学、磁学的强有力的单分子水平研究方法。

    记者从会议上了解到，我国科学家在分子电子学领域的研究处于国际第一梯队。2020年，我国在顶级刊物上发表的论文数量，在国际该领域同级别论文中占比超过三分之一。

    单分子电子器件备受关注

    与会专家认为，利用单分子构建功能光电子器件不仅可满足器件微小化乃至高度集成的需求，还可研究材料在分子水平上的本征物理化学现象及其调控规律，是未来分子光电子器件研发的科学基础，是世界各国相互竞争的制高点，符合国家在信息领域小型化智能化的重大战略需求。

    单分子电子器件正是此次会议备受关注的领域之一。

    北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授在会议上说，20世纪70年代，研究者首次经由理论计算设计出了一个具有整流作用的单分子电子器件。从那时起，分子电子学的研究吸引了来自化学、物理、信息、机械、生物等多个领域研究者的关注。

    “分子器件是由能完成光、电、离子、磁、机械和化学反应的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子和超分子层次上能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。”郭雪峰引用朱道本先生对分子器件的定义并指出，简单地讲，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，郭雪峰课题组曾与中外科学家协同攻关，利用二芳烯分子为功能中心、石墨烯为电极，实现了可逆单分子光电子开关器件的构建，其研究成果发表于《科学》期刊。近年来，他们致力于拓展单分子器件在多功能光电子器件、单分子反应动力学、单分子生物物理等多方面新的交叉科技突破点。

    厦门大学化学化工学院洪文晶团队则基于单分子器件相干隧穿机制和量子效应，聚焦高效、可控的单分子器件电学调控相关研究。

    不过，与会专家指出，单分子器件研究仍存在一系列挑战。

    此次会议达成了一些共识，并提出多个相关建议。与会专家呼吁，将单分子科学与技术纳入国家战略，启动一批探索单分子重大科学问题的项目。专家还提出，单分子器件规模化集成化是单分子电子器件到逻辑运算电路或芯片的关键步骤，然而该方向依旧不够明朗，未来需要聚集力量探索更多的优化解决方案。