伯明罕大學、華威大學及維也納大學的研究團隊開發出一系列工具箱，有助於下一代科技的構建。這些工具特別可用於以原子級精度製造分子規模電子「奈米帶」，從而組建電子元件。潛在應用廣泛，包括智能服裝至量子計算。 「這項研究為以原子精度構建電子材料提供了全新工具箱。在金屬表面直接生長奈米帶，能夠產生完美定義的結構，這是傳統化學方法難以實現的，」華威大學博士生James Lawrence 表示，他共同領導了大部分工作。
給予-接受化學原理
研究利用給予-接受（D–A）化學，以原子精度構建奈米帶。透過精確交替「給予」及「接受」電子的分子序列和長度，可在組裝前預程式化材料的電子行為。 「雖然原子精度奈米帶先前已有探索，但這是首次透過直接組合電子給予體及接受體單元來構建，」伯明罕大學化學學院及天文物理學院教授Giovanni Costantini 表示。「由於我們能精確選擇這些單元的位置，因此可預先設計電子特性，並以原子精度實現。
」 研究成功產生純給予體、純接受體及混合分子鏈。借助先進顯微技術，可視化個別原子及化學鍵，偵測微小不規則，並測量奈米帶內電子行為。 「將給予-接受概念融入表面製造策略，能夠製備溶液中難以生成的長奈米帶結構，」維也納大學Davide Bonifazi 表示。此方法解決了石墨烯基奈米帶在電子縮小化方面的限制，因為石墨烯不易成為半導體。 研究發現，延長純「D」或純「A」奈米帶可增強相應給予或接受強度，而混合型則依賴特定分子序列產生獨特特性。
這些發現建立理論模型，透過精確控制子單元組成，創造具應用特定電子特性的客製化材料。 「從建模角度，這些奈米帶展示原子級設計如何微調實際電子特性。捕捉支撐表面及局部環境影響，將是引導此方法進一步發展的關鍵，」華威大學Gabriele Sosso 表示。研究團隊正推進下一步，將原子級設計應用於更高效太陽能電池及先進感測器。此技術未來可實現可直接印刷或塗佈於材料的柔性有機電子，如智能服裝；亦支援物聯網（IoT）裝置的超小型電路，以及適合人體或動物植入的高精度生物電子。
研究結果已刊載於《Nature Communications》。
