单分子器件已经在热电、电子学，自旋电子学，以及分子马达上取得了令人瞩目的成就，负微分电阻现象在有机电子学中是构筑单分子器件必不可少的机制。结合实验测量，通过大型计算机结合第一性原理以及非平衡格林函数法，我们从数值计算的角度给出实验测量得到的现象的定量解释。理论模拟的结果揭示了与实验结果相一致的物理机制，分子骨架网络的轨道可以作为一条共振电荷输运通道。不仅如此，分子轨道以及电极间的强耦合可以通过内部偏压实现有效控制。实验结果与理论结果的一致性表明，该底层物理机制是分子结系统的一个通用机制，这为负微分电阻器件的设计提供了崭新的设计思路。

为了对实验进行尽可能真实的理论模拟，分子的数量至少在2个以上，这意味着包含电极在内体系的总原子数超过了300。通过超级计算平台，有效解决了实验验证无法解决的问题，并且得以对该效应形成的物理机制进行解释。

该成果已发表于J. Am. Soc. Chem. 2018。

图一 负微分电阻的实验测量

图二 负微分电阻效应的第一性原理计算

图三 成果发表于J. Am. Soc. Chem. 2018