美國(guó)生物設(shè)計(jì)研究所生物電子和生物傳感器中心主任、亞利桑那州立大學(xué)教授Nongjian Tao博士。

英特爾(Intel)聯(lián)合創(chuàng)始人Gordon Moore基于半導(dǎo)體技術(shù)的驚人發(fā)展提出了著名的“摩爾定律”。但即便是Moore這樣具有偉大前瞻性的人，也不太可能預(yù)見(jiàn)到目前電子革命的激烈程度。隨著電子設(shè)備小型化進(jìn)程的加速，研究人員已經(jīng)開(kāi)始探索物理學(xué)性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)在分子尺度上的交融性。這對(duì)于改進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息處理設(shè)備、開(kāi)發(fā)分子開(kāi)關(guān)以及其他科技創(chuàng)新均有重要意義。

《自然·材料》雜志2月11日載文稱，美國(guó)生物設(shè)計(jì)研究所生物電子和生物傳感器中心主任、亞利桑那州立大學(xué)教授Nongjian Tao博士等報(bào)道了一系列關(guān)于單分子電導(dǎo)的研究。在這個(gè)微觀世界中，量子的特殊性質(zhì)占據(jù)了主導(dǎo)地位。電子以電流的形式流動(dòng)，但表現(xiàn)得像波，并會(huì)受到量子干涉現(xiàn)象的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)量子干涉現(xiàn)象的操控，可能有助于開(kāi)發(fā)具有特殊性質(zhì)的新型納米電子設(shè)備。Tao說(shuō)：“我們感興趣的不僅是測(cè)量單個(gè)分子的量子現(xiàn)象，還包括如何控制它們。這對(duì)我們理解分子系統(tǒng)中的基本電荷傳輸，以及研發(fā)新的設(shè)備至關(guān)重要。”

Tao等通過(guò)研究分子的電荷傳輸特性，證實(shí)了電子具有的“幽靈波”性質(zhì)（即量子干涉）可以在分子的兩種不同構(gòu)型下被精確地調(diào)制，這兩種構(gòu)型分別稱為Para和Meta。研究人員認(rèn)為，量子干涉效應(yīng)可以引起分子級(jí)器件的電導(dǎo)性質(zhì)產(chǎn)生顯著變化——通過(guò)控制量子干涉，單個(gè)分子的電導(dǎo)率可以微調(diào)兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。精確、連續(xù)地控制量子干涉被認(rèn)為是未來(lái)分子級(jí)電子學(xué)和高速低功耗電子學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵之一。單分子電子器件可能在晶體管、整流器、邏輯門、超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)、量子密碼學(xué)和量子計(jì)算等未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。

Tao等通過(guò)使用“電化學(xué)門控”技術(shù)，得以連續(xù)控制兩個(gè)數(shù)量級(jí)的電導(dǎo)。而在過(guò)去，改變量子干涉特性需要對(duì)設(shè)備所有的載流子分子進(jìn)行調(diào)整。Tao等的研究標(biāo)志著在單個(gè)分子中進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)節(jié)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

正如Tao等提出的觀點(diǎn)所述，分子尺度上的電導(dǎo)受到涉及分子電子軌道的量子干涉的敏感影響。具體來(lái)講，最高占據(jù)分子軌道（HOMO）與最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）之間的擾動(dòng)可能是決定單個(gè)分子電導(dǎo)的主要因素。利用電化學(xué)門控技術(shù)，單個(gè)分子中的量子干涉可以被精確地調(diào)整。

雖然關(guān)于單分子電荷輸運(yùn)的理論計(jì)算已經(jīng)完成，但其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證還需要掃描探針顯微鏡等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)?？上驳氖牵肿与娮訉W(xué)已經(jīng)為科學(xué)家?guī)?lái)了精確改變電導(dǎo)的新方法，大量技術(shù)創(chuàng)新值得世人期待了。

編譯：雷鑫宇 審稿：阿淼 責(zé)編：唐林芳

期刊來(lái)源：《自然·材料》

原文鏈接：https:///news/2019-02-quantum-strangeness-electronics.html

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