科技日報北京5月26日電 （記者陳丹）美國哥倫比亞大學應(yīng)用物理學副教授拉莎·文卡塔拉曼指導(dǎo)的研究團隊開發(fā)了一種新技術(shù)，成功創(chuàng)建出首個單分子二極管，其性能比之前所有設(shè)計的要高50倍，有望在納米器件領(lǐng)域獲得實際應(yīng)用。論文發(fā)表在5月25日的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

　　單分子器件是電子設(shè)備微型化的極致。亞利耶·艾佛萊姆和馬克·瑞特在1974年提出，單個分子可以作為整流器，一個單向的電流導(dǎo)體。此后，科學家相繼演示了單分子連接到金屬電極上（單分子結(jié)）可用作多種元件，包括電阻器、開關(guān)、晶體管，以及二極管。

　　由二極管充當電閥，其結(jié)構(gòu)需要不對稱，以使兩個方向的電流處于不同環(huán)境。據(jù)物理學家組織網(wǎng)報道，為了開發(fā)單分子二極管，研究人員簡單地設(shè)計了具有非對稱結(jié)構(gòu)的分子。

　　“雖然這種不對稱分子的確顯示出一些類二極管特性，但它們并不有效?！闭撐牡谝蛔髡?、博士生布萊恩·卡珀茲解釋說，“設(shè)計良好的二極管應(yīng)只允許電流沿一個方向流動——接通方向，并且電流強度要大。非對稱分子設(shè)計往往會出現(xiàn)接通（開）和斷開（關(guān)）兩個方向上都有微弱電流流過的現(xiàn)象，并且開電流和關(guān)電流的比率（整流比）通常都很低。而理想情況是，整流比應(yīng)該非常高。”

　　為了克服非對稱分子設(shè)計的相關(guān)問題，文卡塔拉曼的團隊將重點放在為分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)造一個不對稱的環(huán)境上。他們的方法相當簡單——用離子溶液包圍活性分子，并用不同大小的金屬電極接觸分子。

　　結(jié)果，他們獲得的單分子二極管的整流比達到了250，比以前的設(shè)計高出50倍。文卡塔拉曼指出，二極管中的開電流可超過0.1微安，對于單分子而言，這個電流已經(jīng)很大了。此外，新技術(shù)很容易實施，可以應(yīng)用于所有類型的納米器件，包括那些用石墨烯電極制造的器件。

　　“能夠采用化學和物理學概念設(shè)計一個分子電路，并讓它具備一定的功能性，這是很令人驚異的?！蔽目ㄋf，“由于尺度如此之小，量子力學效應(yīng)絕對是這一器件的一個重要方面。因此，能夠創(chuàng)建一個看不見卻表現(xiàn)得與預(yù)期一致的東西，這是一個真正的成功?！?/p>

　　研究團隊目前正在努力理解這項成果背后的物理基礎(chǔ)，并試圖使用新的分子系統(tǒng)，進一步提高整流比。

　　總編輯圈點

　　二極管是半導(dǎo)體電路最基本的單元，電流只被允許從一個方向通過。一般來說，二極管是用化學摻雜的辦法，在硅電路上“雕刻”出來的。但要讓二極管縮小到分子級別，這種辦法就不適用了。如今化學家別出心裁，借助簡單的離子溶液實現(xiàn)了電流單向性，這使得電流可以在極小尺度上區(qū)分“0”和“1”。通向“后摩爾時代”的創(chuàng)新電路，雛形已經(jīng)有很多，哪一種能率先商用我們還不知道。一旦實現(xiàn)，我們的手機和電腦就百倍提速而且不發(fā)熱了。