肖勝雄教授、美國哥倫比亞大學Colin Nuckolls教授、Latha Venkataraman教授、以及丹麥哥本哈根大學Gemma Solomon教授通力合作，通過對環矽烷分子電子結構的調控，開發了一種具有破壞性量子幹涉效應的Si[222]橋環矽烷材料，有效的降低了分子電導，實現了在1 nm以下的單分子超級絕緣，在單分子尺度了阻止了量子隧穿。研究成果以“Comprehensive suppression of single-molecule conductance using destructive σ-interference”（通過破壞性的σ鍵量子幹涉實現單分子電導的全面抑制）為題，于2018年6月6日在Nature（《自然》）上發表，該成果的取得是我校近年來在加強科研創新平台及學科建設、推進高水平研究團隊建設方面所取得重要成果的一個縮影，充分體現了我校在一流學科建設中的特色和優勢。
摩爾定律預測半導體器件的尺寸會越來越小，然而當矽電子器件的尺寸從宏觀狀态演化到小分子尺度比如單個有機矽分子時，量子效應将起到主導作用，宏觀下的電學規律将不再适用，比如量子隧穿效應等将使摩爾定律面臨挑戰。
研究人員設計合成了帶有甲硫基的Si[2.2.2]橋環矽烷（圖A中Si[222]），将其與直鍊矽烷（圖A中Si4）及模拟真空（圖A中Si4-cut）的導電性進行對比，研究導電通路對分子電導的影響
圖示電子在矽單分子導線中隧穿時的波函數衰減情況及電子傳導情況：A）直鍊矽烷分子線Si4、模拟真空縫隙矽分子線Si4-cut和橋環矽烷分子線Si[222]三種分子的結構示意圖；B）三種分子導線在電子隧穿過程中的波函數衰減示意圖；C）分子導線中的電子傳導通道示意圖，箭頭的粗細與電子傳導元素的強度成正比，而箭頭顔色則代表傳輸方向，紅色箭頭表示有效的電子傳導，藍色箭頭表示破壞性的量子幹涉。
通過掃描隧道顯微鏡斷裂分子結(STM-BJ)測試（與美國哥倫比亞大學合作完成），結合密度泛函計算（與丹麥哥本哈根大學合作完成），從本質上解釋了電導與分子結構的關系，并發現Si[222]具有破壞性的d-鍵量子幹涉效應（圖C中藍色箭頭所示），在單分子電導測試中顯示出超級單分子絕緣性能（圖B所示），其單分子電導甚至低于同等尺寸的絕對真空。本研究通過電子結構的調控，首次實現了破壞性的σ鍵量子幹涉效應，為摩爾定律突破到單分子級别提供了可行性支持，對單分子電子學以及量子計算機等研究領域具有重要意義。
丹麥哥本哈根大學博士生Marc Garner、美國哥倫比亞大學博士生Haixing Li以及上海師範大學碩士生陳豔同學為論文的共同第一作者，上海師範大學肖勝雄教授、美國哥倫比亞大學Colin Nuckolls 教授、美國哥倫比亞大學 Latha Venkataraman 教授、以及丹麥哥本哈根大學Gemma Solomon 教授為論文共同通訊作者。