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本文聚焦自组装单层膜（SAMs）稳定性提升，阐述其在量子输运应用的进展。ReSEM 方法提升击穿电压，N - 杂环卡宾（NHC）锚定基团增强热稳定性，这些突破为分子尺度器件融入实用技术奠定基础。
引言
自组装单层膜（SAMs）是纳米级有机薄膜，分子靠弱非共价相互作用垂直排列。因其制备简单、能在原子层面调控结构，可制造具有原子级复杂度的隧穿势垒，在分子电子学等领域应用广泛。但 SAMs 的不稳定性限制了其实际应用，也阻碍了对电荷传输机制的理解。
SAMs 的不稳定性主要体现在电子性能和操作稳定性两方面。在电子应用中，SAMs 承受外部电压，其所能承受的最大电压即击穿电压，决定了哪些分子轨道能级可作为传输通道以及传输机制。然而，SAMs 常因杂质、表面粗糙度或分子结构柔性等存在缺陷，导致击穿电压低，限制了在高压电子学中的应用。从操作稳定性看，SAMs 需抵抗空气、化学暴露、光化学反应和热应力等环境因素。广泛用于金属基底的有机硫醇基 SAMs 在恶劣条件下，硫醇盐部分（-S - Au）易氧化成亚砜或砜（-SOx） 或形成二硫键（-S - S -），从基底脱落，影响长期可靠性和实用性 。
电学稳定性
SAMs 常因表面粗糙度、基底缺陷、杂质、分子缺陷（如扭转异构体）和分子间堆积不良等因素部分无序，这种无序会形成纳米级针孔，导致击穿电压低。
进入更深能级
ReSEM 方法使单层膜可用于高压电子学。击穿电压增强的 SAMs 用于隧道结时，偏置窗口变宽，能进入更深的分子能态，实现新的电子功能。整流（电流密度 - 电压曲线的不对称性）可作为这些效应的可靠指标，因为它能测量同一结中相反偏压下的电流密度比。
增强的热稳定性
通过分子结的电流取决于可及能级与偏置窗口的重叠，塞贝克系数受费米能级处能级梯度影响。因此，研究分子结中的塞贝克效应可深入了解势垒情况。但 SAMs，尤其是有机硫醇基的热不稳定性给分子研究带来挑战。
恶劣环境中的分子热电性
N - 杂环卡宾（NHC）SAMs 在高温下仍能保持稳定的塞贝克效应，而硫醇基 SAMs 在超过 323K 时会降解并失去效率。NHC 基分子结在 573K 时可产生约 1900μV 的热电压，展现出强大的热电性能。相比之下，硫醇基 SAMs 在高温下易解吸和降解，形成未结合物种，损害热电性能。
结论与展望
本文强调了增强 SAMs 稳定性对推进分子尺度电子器件，特别是量子隧穿机制器件发展的重要性。传统上，SAMs 在电、热和环境条件下的不稳定性限制了基础研究和实际应用。ReSEM 技术和 NHC 作为锚定基团等进展显著提升了 SAMs 性能，为其融入实际电子、热电和传感技术开辟了道路。
