操控单分子可设计新型电子设备

        操控单分子可设计新型电子设备

        当电子设备小到分子水平，分子的电学性能和机械性能就成为关键因素。充分开发分子的电学性能和机械性能，根据特殊需要可开发出新型电子设备。据美国物理学家组织网2月21日（北京时间）报道，美国亚利桑那大学生物设计研究院利用分子机械性能，开发出一种用单分子控制导电性能的方法，可用来设计微小电子设备，提高设备在生化传感、远程通讯、计算存储等多方面的能力。该研究发表在近日出版的《自然·纳米技术》上。

　　在微观世界中，奇异的量子效应主导着电子设备的性能。领导该研究的陶农建（音译）一直在研制微型电子设备，他说：“某些分子有着不寻常的电学性能和机械性能，这与硅基材料不同。通过特殊的相互作用，一个分子能认出其它分子。”这些特性在设计纳米设备时，带来了极大的灵活性。

　　研究小组将一个名为pentaphenylene的分子置于两个电极之间，连成回路。加上一伏特电压时，能检测到电流。改变分子相对于电极表面的朝向，能改变电导率。当不断改变分子的倾斜角度，发现电导率会随着分子和电极之间距离的缩短而增大，分子以90度角置于电极中间时，电导率达到最大值。

　　陶农建解释说，电导率变化和构成分子的电子π轨道、电子轨道与电极之间的相互作用有关。π轨道可以看作是电子云，它从分子平面的两端垂直伸出，两个电极之间分子的倾斜角度改变时，这些π轨道就会和黄金电极原子的电子轨道接触并发生混合，这一过程称为侧向耦合，这对电导率产生了影响。在pentaphenylene分子中，侧向耦合效应非常明显，随着轨道耦合作用越强，导电率能提高10倍。反过来，四苯基（tetraphenyl）分子的倾斜角对电动机械性没有影响，可以在实验中抑制侧向耦合，使电导率保持不变。

　　陶农建还表示，当前可以从增强或弱化轨道侧向耦合效应两方面来设计分子设备，满足特殊设备电导率微调的需要。
　　
　　根据摩尔先生那条颠扑不破的铁律，到2015年前后，晶体管尺寸将会缩小到20纳米宽和1至2纳米厚，这正是分子的尺度范围。超大规模集成电路发展正在逼近的物理和工艺极限，似乎与分子电子学的长足进步不期而遇。难怪很多人都把突破极限的希望寄托于分子电子器件，有机发光二极管的成功案例尤其让科学家们欢欣鼓舞。然而，该领域研究目前还是基础和探索性的，特别是器件研究尚有许多重大科学问题亟待解决。“陶农建们”还得加油！