在1959年，费曼就富有远见地提出了“从单个分子甚至原子开始进行组装”的思想，这是分子电子学最早的概念[5]。分子电子学诞生于1974年，Aviram和Ratner采用Donor-σbridge-Acceptor结构，首次在理论上设计出分子二极管模型。然而，由于实验技术手段的限制，该分子器件迟迟未能合成制备。直到1997年，Reed等人采用力学可控劈裂（MCBJ）法首次在试验中制备出“电极-单分子-电极”的三明治结构，并测绘了伏安特性曲线[6]。自此，关于分子电子学领域的研究开始蓬勃发展。

近年来，随着STM技术、自组装技术、劈裂结等实用技术的发展，分子电子学的研究对象越来越多，如原子链、碳纳米管、脱氧核糖核酸、C60等。研究表明，分子器件的电学性能与传统电子器件相差很大，并具有一些新颖的电学性质，例如分子开关、分子导线、分子储存器、分子整流器、分子场效应管等[7]。

分子开关是一种具有双稳态的体系的分子结构，在分子电路中是一个非常重要的控制单元。当外界条件（如电场、磁场、温度、压力、光照等）发生变化时，其导电能力能够在低导状态和高导状态之间进行可逆转换，从而实现控制电路的通断，这就是分子开关。近年来，欧美许多科学家主要在研究光控、温控和电控等类型的分子开关[8]。

分子开关具有可靠性强、响应速度快、组成结构简单、制造成本低廉等优点，因此其必然会替代现在以半导体材料为主的微电子器件。随着实用技术的发展，分子电子学正在迅猛的发展，人们在实验室里设计并制造出能实现不同功能的分子电子器件。这些器件将会是设计分子电路并最终组装分子计算机的必需组成元件，它们能通过物理与化学作用完成信息的传输、监测、处理和存储的功能。因而，分子电子学是目前非常热门的前沿领域科学之一。

1。2  有机-无机界面杂化的研究背景

有机-无机杂化材料是一种同时含有有机与无机的组成部分，并通过对有机-无机进行杂化得到的一种新的功能材料。它于二十世纪八十年代开始兴起。其形态性能的差异很大，可以是在表面杂化少量有机分子的无机材料，亦可通过掺杂无机的组成成分获得具有无机材料粒子性能的有机材料，从而具备很多优秀的力学、热学、电学和生物学等方面的性能[9]。

传统意义上的复合材料的各组分尺寸一般不会达到纳米级别，而且很难同时具备复合前各组分的性能；而有机-无机杂化材料的组分结合的尺寸均在纳米级甚至是分子级的水平，并兼具两类材料的特点。作为具有很好前景的新一代功能材料，有机-无机杂化材料在光学性能、受力性能、耐热耐磨、柔韧延展性、功能性等方面，更表现出其单独的组成部分所不具备的优越性能。

1。3  尿嘧啶的研究背景

尿嘧啶（uracil）是一种杂环化合物，两个氮原子取代了苯环相间的两个碳原子，在2,4位置（氮原子之间的位置和一个氮原子相邻的位置）又形成两个羟基[10]。其结构如图3。2。

图3。2  （a）尿嘧啶的分子模型（b）它具有lactam和lactim两种互变异构体。论文网

作为RNA区别于DNA的一种碱基，尿嘧啶在生理活动中发挥着重要作用，是生命活动的基础之一。在生物遗传中，尿嘧啶作为RNA的碱基发挥着重要作用，甚至在一些病毒生物中，其更作为主要的遗传物质。在细胞内部的蛋白质制造的过程中，更是担任着遗传物质的“信使”。

尿嘧啶最早被利用是在1961年著名的Nirenberg-Matthaei实验中，在这次实验中理论上确立了遗传密码由三个连续核苷酸构成[11]。通过近几十年的研究，我们发现大自然使用它们来完成例如信息存储，传输和催化这些功能。因此，在重点研究纳米尺度之间的相互作用的纳米技术新兴领域中，已经出现完成相同的功能的仿生应用的研究提议。 新型纳米器件第一性原理设计(3):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_146880.html