研究人员已经制造出一种光开关，它仅由一个光敏分子组成，其导电性可以通过光照开启和关闭。该设备经过进一步开发后，可能在太阳能收集和光传感应用中具有潜力。它也可能在生物医学电子学和光学逻辑中有用，在光学逻辑中，光取代电信号来传输信息。
在不断追求电子小型化的过程中，一个雄心勃勃的前沿领域——分子电子学——涉及到利用单个分子构建电子电路和设备。一些研究小组已经研究了单分子开关。二芳基乙烯可以以导电的闭合形式存在，也可以以绝缘的开放形式存在。自由分子在吸收可见光子时打开，在吸收紫外线时关闭。原则上，这使得光敏开关成为可能。
然而，在 2003 年，荷兰格罗宁根大学的研究人员将二芳基乙烯的单分子安装在金电极之间，他们发现，即使开关可以用可见光关闭，也无法用紫外线重新开启。相反，使用碳纳米管或石墨烯电极的研究人员随后报告说，开关会卡在“开启”位置。这些问题归因于电极和分子之间的相互作用，这些相互作用稳定了一种状态，从而阻止了分子的切换。
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利用另一个研究小组的理论分析，北京大学的郭雪峰领导的研究人员（他们之前在石墨烯和纳米管电极上进行了研究）计算出，在每个石墨烯电极和二芳基乙烯分子之间插入三个亚甲基，可以充分减少电子云之间的相互作用，使得分子在任一配置中都保持稳定，但仍然可以通过光切换。他们利用化学气相沉积、电子束光刻和其他技术的组合制造了 46 个此类设备。“所有设备都显示出可逆的开关特性，”郭说。它们稳定了一年多，并且可以连续开启和关闭 100 多次。研究人员现在正在详细研究可切换的量子效应。“我们也很有兴趣看看是否可以将几个不同的分子组合起来进行多级开关，例如，”郭的同事 许宏起说。
“在许多情况下，分子结的寿命只有几分钟、几小时，或者幸运的情况下有几天，但不会更长，”德国海德堡大学的 Ioan Bâldea 说，他没有参与这项工作。“他们这里的开关稳定一年以上的事实太棒了！我不能说哪个领域的影响最大，但我确信会产生影响。”
本文经《化学世界》许可转载。这篇文章最初于2016 年 6 月 17 日发表。