在分子电子学研究中，分子内的电子传输特性是重点关注对象，与分子光学、电磁和化学反应性质密切相关。光敏分子的共轭与能带结构可以通过光照控制，而光作为高效、非接触的外部刺激源，是调控电子传输的理想手段。现有研究已深入探讨了光敏分子（如二芳基乙烯、偶氮苯和螺吡喃）的单分子电导特性，但仍面临两大挑战：首先，多条导电路径在单分子内部的光调控尚未得到充分研究，限制了分子器件的功能发展；其次，多数用于单分子电导研究的光敏分子异构化仍需紫外光（λ < 380 nm）激发，这可能影响电导测量和器件稳定性。给体-受体斯坦豪斯加合物（donor-acceptor Stenhouse adducts，DASAs）由于其推-拉电子特性，可以通过500-700 nm的可见光控制，适合进行单分子电导研究。通过分子结构设计，可以在单个分子内集成多条电子传输通路，实现单分子电导的复杂调控，为单分子光电器件发展提供思路。

  近日，电子科技大学光电科学与工程学院王东升/郑永豪团队在全球顶级学术期刊《Nature Communications》发表了题为《Photogated two conductive pathways of donor-acceptor Stenhouse adducts in single-molecule junctions》的最新科研进展。电子科技大学为第一完成单位，王东升教授、郑永豪教授、华东理工大学博士后王瑞为该论文的共同通讯作者，25届博士毕业生孙梵熙、24届硕士毕业生姜胜清、25届博士毕业生张汉君为该论文的共同第一作者。

图1. 单分子电导测量装置（STM-BJ）示意图及DASAs分子设计

  该研究的核心思路在于通过光照引发的linear-cyclic异构化精准调控单个DASAs分子结中的两条电子传输路径：电子给体路径（donor pathway）以及三烯π桥路径（π bridge pathway）。研究团队利用扫描隧道显微镜断裂接点（STM-BJ）技术，深入探讨了635 nm激光照射下两条电子传输路径的电导能力变化，并通过合成一系列含有不同数量硫甲基锚定位点的DASAs，展示了通过光照同时调控单分子内多条电导通路的潜力。（图1）

研究亮点

图2. 光调控SSDA的电子给体路径电导，基于侧链调控原理

  电子给体路径通过合成SSDA构建，将两个硫甲基锚定位点接枝于DASAs的电子给体部分，在外加电压下，电子的传输仅通过DASAs的电子给体部分。团队发现电子给体路径的电导变化基于侧链调控原理：当DASA发生linear-to-cyclic异构化时，侧链共轭结构变化导致电子密度在分子内的重新分配，提升电子传输通路上的电子轨道密度，进一步造成0.20个数量级的导电性提升（图2）。该过程调控具备往复性，通过光照与加热可以实现电子给体路径导电性的控制。

图3. 光调控SDAS的三烯π桥路径电导，基于主链调控原理

  三烯π桥路径通过合成SDAS构建，将两个硫甲基锚定位点分别接枝于DASAs的电子给体与受体部分，在外加电压下，电子的传输需通过整个分子。与电子给体路径不同，三烯π桥路径电导变化基于主链调控原理：linear DASAs具有共轭结构的三烯π桥，表现出高电导状态；光照引发的linear-to-cyclic异构化破坏了三烯π桥结构的共轭结构，转变为环戊烯酮结构，显著降低了电子传输能力。光照造成了0.62个数量级的导电性下降（图3）。这一光调控机制表明，三烯π桥的结构变化在调节电导方面起着决定性作用，为构建具有可控电导路径的光敏分子提供了理论基础。

图4. 光照同时调控SSDAS的两条电子传输路径

  进一步地，将三个硫甲基锚定位点分别引入电子给体与电子受体部分合成SSDAS，在单个DASAs分子中同时构建了电子给体路径与三烯π桥路径。通过linear-cyclic异构化，SSDAS展示出了两个独立电子传输路径的同时调控：在黑暗条件下，linear SSDAS的电子给体路径为低电导态，而三烯π桥路径为高电导态，两者相差1.36个数量级；在光照条件下，cyclic SSDAS的电子给体路径为高电导态，而三烯π桥路径为低电导态，进一步拉大了两条电子传输路径的导电性差异（2.73）。其中，SSDAS的三烯π桥路径导电能力在光照后下降了1.11个数量级。进一步分析数据显示，在STM-BJ测试中的单次提拉过程中，电子给体路径和三烯π桥路径的电导可以同时被检测到，为分子拉伸过程中路径重新配置提供了直接证据。

  该研究展示了光调控单分子电子传输路径在分子电子学中的巨大应用潜力，尤其是在发展光敏分子尺度器件和多状态逻辑系统方面，为未来的智能分子器件和自适应纳米电子设备的设计提供了新的思路。

  该工作得到了国家自然科学基金项目（52203134、62375041、22375029、22405088）和四川省科技厅项目（2023ZYD0037、2024YFHZ0307、2024NSFSC0249）资助。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69459-0