研究人員已經制造出一種光開關，它僅由一個光敏分子組成，其導電性可以透過光照開啟和關閉。該裝置經過進一步開發後，可能在太陽能收集和光感測應用中具有潛力。它也可能在生物醫學電子學和光學邏輯中有用，在光學邏輯中，光取代電訊號來傳輸資訊。
在不斷追求電子小型化的過程中，一個雄心勃勃的前沿領域——分子電子學——涉及到利用單個分子構建電子電路和裝置。一些研究小組已經研究了單分子開關。二芳基乙烯可以以導電的閉合形式存在，也可以以絕緣的開放形式存在。自由分子在吸收可見光子時開啟，在吸收紫外線時關閉。原則上，這使得光敏開關成為可能。
然而，在 2003 年，荷蘭格羅寧根大學的研究人員將二芳基乙烯的單分子安裝在金電極之間，他們發現，即使開關可以用可見光關閉，也無法用紫外線重新開啟。相反，使用碳奈米管或石墨烯電極的研究人員隨後報告說，開關會卡在“開啟”位置。這些問題歸因於電極和分子之間的相互作用，這些相互作用穩定了一種狀態，從而阻止了分子的切換。
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利用另一個研究小組的理論分析，北京大學的郭雪峰領導的研究人員（他們之前在石墨烯和奈米管電極上進行了研究）計算出，在每個石墨烯電極和二芳基乙烯分子之間插入三個亞甲基，可以充分減少電子雲之間的相互作用，使得分子在任一配置中都保持穩定，但仍然可以透過光切換。他們利用化學氣相沉積、電子束光刻和其他技術的組合製造了 46 個此類裝置。“所有裝置都顯示出可逆的開關特性，”郭說。它們穩定了一年多，並且可以連續開啟和關閉 100 多次。研究人員現在正在詳細研究可切換的量子效應。“我們也很有興趣看看是否可以將幾個不同的分子組合起來進行多級開關，例如，”郭的同事 許宏起說。
“在許多情況下，分子結的壽命只有幾分鐘、幾小時，或者幸運的情況下有幾天，但不會更長，”德國海德堡大學的 Ioan Bâldea 說，他沒有參與這項工作。“他們這裡的開關穩定一年以上的事實太棒了！我不能說哪個領域的影響最大，但我確信會產生影響。”
本文經《化學世界》許可轉載。這篇文章最初於2016 年 6 月 17 日發表。