基于电化学门控量子隧穿的分子尺度导电响应的指纹识别技术 王子凡（Zifan Wang）、 易龙（Long Yi）、 张佳（Ga Zhang）、 马旭飞（Xufei Ma）、 田晔（Ye Tian）、 张彬天（Bintian Zhang）、 刘旭（Xu Liu）以及 唐龙华（Longhua Tang）

《Sensors》：Fingerprint Recognition Based on Molecular-Scale Conductance Response via Electrochemically Gated Quantum Tunnelling Zifan Wang, Long Yi, Ga Zhang, Xufei Ma, Ye Tian, Bintian Zhang, Xu Liu and Longhua Tang

　　

摘要

基于量子隧穿的分子尺度检测技术在分子电子学和高灵敏度分析方面具有巨大潜力，因为该方法能够灵敏地检测分子结构和能级。然而，传统的双电极隧穿测量方法受到不同分子导电性的干扰，这在复杂系统中限制了对分子的区分能力。为了解决这一问题，我们提出了一种电化学栅控的纳米级隧穿策略，通过可调的栅极电位将双电极系统扩展为三电极配置，从而实现了对不同分子的近乎单分子级别的区分。在恒定隧穿偏压下扫描栅极电位，可以调节分子轨道与电极费米能级之间的对齐方式，进而改变分子隧穿传输的统计特性。实验结果表明，目标分子会诱导出双峰隧穿电流分布（背景电流和与分子相关的电流通道），其中第二个峰值具有明显的栅极电位依赖性。通过对抗坏血酸（AA）、乙酰胆碱（ACh）和尿酸（UA）的比较分析，发现它们的特征峰值随栅极电位的变化而呈现出独特的趋势，形成了电化学栅控响应的“指纹”。这种依赖于栅极电位的导电性变化为分子识别提供了一个新的统计维度，使得能够区分不同的分子。