Orthogonal Control of Transport Channels in Boron-Embedded Acenes

化学 亚辛 离域电子 分子电子学 电导 分子轨道 化学物理 共振(粒子物理) 量子隧道 凝聚态物理 有机化学 分子 原子物理学 物理
作者
Baoyi Wang,Cheng Chen,Yani Huo,Hongyu Ju,Wanqi Sun,Xiaoye Wang,Chuancheng Jia,Jinying Wang,Xuefeng Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (9): 7809-7816 被引量:10
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17477
摘要

Developing effective structural design strategies for regulating charge transport is a central focus in molecular electronics. The interplay between molecular symmetry and orbital distribution, facilitated by heteroatom substitution, presents opportunities for direct modulation in both resonant and off-resonance tunneling processes. In this study, scanning tunneling microscopy-break junction techniques and the first-principles calculations are employed to investigate the electronic properties of boron-embedded acenes. Compared to the parent acene, boron incorporation shifts the transport-dominating molecular orbital from a centrally localized distribution to a delocalized configuration across the orthogonal molecular backbone. This shift results in a 10-fold increase in conductance in the off-resonance region near zero bias and a 50-fold enhancement in conductance through near-resonant tunneling at high bias voltages. Notably, expanding the central acene fragment increases orbital asymmetry within molecular junctions, thereby compromising transport efficiency. However, applying a bias voltage gradually mitigates the symmetry-breaking effect, leading to through-backbone orbital distribution and a recovery in the near-resonant tunneling conductance. This orthogonal control of electronic transport channels provides a distinct strategy for the effective regulation of molecular conductance.
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