利用破坏性量子干涉增强基于芘的传感器对小气态分子检测的灵敏度与选择性

基于石墨烯的传感器具有超高载流子迁移率和低本征噪声的极高灵敏度，在过去十年中被深入研究的。已有单个气体分子检测的报道，尽管其底层传感机制尚不清楚。我们聚焦于 NO$_2$、H$_2$O 和 NH$_3$ 在含芘核的分子结上的吸附，该分子结可视为最小类石墨烯单元。我们在密度泛函理论和非平衡格林函数框架下系统研究了化学电阻响应。我们强调了量子干涉（QI）在传感过程中的基础作用，并提议将其作为传感的一种范式机制。由于 NO$_2$ 的开壳层特性，其与芘的相互作用产生 Fano 共振，从而引发最强的化学电阻响应，而与 H$_2$O 和 NH$_3$ 的较弱相互作用导致较低灵敏度。我们证明，通过利用间位取代芘中出现的破坏性 QI，可校准传感器使其灵敏度和化学选择性均提升近两个数量级，从而可检测并区分单个分子。这些结果为设计具有石墨烯功能块的高性能化学传感器提供了基础策略。