光致變色分子的集體轉化行為有助於實現調製型二維電子器件

石墨烯和相關材料在電子，感測器和儲能設備等技術應用領域具有巨大的潛力。由於它們具有高表面敏感性，這些材料是研究納米級分子組件和宏觀電學現象之間相互作用的理想平台。

石墨烯旗艦的研究人員設計了一種分子，當用紫外和可見光照射時，該分子可以進行可逆地化學轉化（Nature Communications，「Collective molecular switching in hybrid superlattices for light-modulated two-dimensional electronics」）。

這種分子 – 一種光控的螺吡喃 - 可以被固定在石墨烯或二硫化鉬等材料的表面，從而產生原子級精確的混合宏觀超晶格。當被照射時，整個超分子結構經歷一次集體的結構重排，通過掃描隧道顯微鏡，可以直接用亞納米解析度進行可視化。

更重要的是，這種在分子水平上的光誘導重組引起了混合器件的宏觀電學性質的巨大變化。這些分子與石墨烯和相關材料一起，可以將單分子活動轉換為空間均勻的集體開關動作，從而產生宏觀的電響應。這種新穎且通用的方法將使超分子電子學更上一層樓。

二維光控分子晶體

「由於採用了這種新方法，我們可以利用組裝在石墨烯和相關材料上的光致變色分子超晶格中發生的集體轉換活動的能力，從而在高性能光電器件的電氣特性中實現大規模和可逆調製。」該論文的第一作者Paolo Samorì解釋說。「這項技術可以在具有可編程特性的下一代智能和攜帶型電子產品中找到應用。」他補充道。

Samorì還解釋了這種定製分子超晶格的想法如何產生具有可調和響應特性的各種新材料。『為了實現相應的功能！你只需要仔細選擇合適的分子，這樣形成的超晶格就可以最大限度地改變屬性，作為對外部輸入的響應。』他說。

IIT研究員，石墨烯旗艦能源、複合材料和生產部門負責人Vittorio Pellegrini強調，該研究在石墨烯和其他相關材料（與光響應的化學分子）的結合方面具有獨特性。這些宏觀的排布是光電子學的有前途的平台。Pellegrini指出了這些新發現的巨大潛力：分子超薄塗層可以通過合成不同的分子來定製。而且，這一發現將引領我們發展。 他補充說，由於Samorì和他的團隊開發的技術可以以可重複的方式擴大規模。Samorì對此表示贊同：「可擴展性的極限是超薄和原子級精確石墨烯及相關材料的可及性。」

這些進步是通過石墨烯旗艦的協作環境實現的，有望應用在感測器，光電子學和柔性設備中。研究人員現在夢想著能在自然界最豐富和最強大的能源 - 光源的控制下，實現高性能多功能混合設備。

石墨烯旗艦的科學技術官及其管理小組主席Andrea C. Ferrari教授補充說：「超分子化學從一開始就是旗艦研究的一部分。多年來，我們的合作夥伴已經改進和開發了能夠使分子與石墨烯和相關材料介面的技術。正如這項有趣的工作所顯示的那樣，我們正在目睹應用程序的穩步發展。」

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