操控单分子可设计新型电子设备

流浪者

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量子效应在微观世界中起主导作用，必须搞清楚


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。（来源：科技日报 常丽君）