基于量子干涉的單分子晶體管面世

英國和加拿大科學家組成的一個國際研究團隊開發出一種新型單分子晶體管，利用量子干涉來控制電子流。這一成果為在電子設備中使用量子效應帶來了新的可能性，有望催生比現有設備更小、更快、更節能的新型晶體管，以制造新一代電子設備。相關論文發表于25日出版的《自然·納米技術》雜志。

研究示意圖

　　晶體管是現代電子技術的基本組成部分，用于放大和切換電信號，廣泛應用于從智能手機到宇宙飛船等各種設備和器件上。但傳統晶體管制造方法已到達極限。隨著晶體管越來越小，其效率越來越低，且容易受到誤差的影響。由于存在量子隧穿效應，即使晶體管關閉，電子也會從中泄漏。

　　鑒于此，研究人員正在探索新型開關機制，希望能消除這種影響。在最新研究中，英國瑪麗女王大學物理與化學科學學院簡·摩勒教授領導的團隊，借助量子干涉研制出一種新型晶體管，消除了量子隧穿效應的影響。在這種量子力學效應中，電子表現為波而非粒子。

　　新型晶體管的導電通道是單個導電分子卟啉鋅。該分子位于兩個石墨烯電極之間，當向電極施加電壓時，借助量子干涉效應可控制通過分子的電子流。干涉指兩個波相互作用而相互抵消(相消干涉)或相互增強(相長干涉)時發生的一種現象。在新晶體管內，研究人員通過控制電子在卟啉鋅分子內流動時是相長干涉還是相消干涉來打開和關閉晶體管。

　　研究團隊發現，新型晶體管的開關比非常高，這意味著它可以非常精確地打開和關閉電流。晶體管也非常穩定，以前由單個分子制成的晶體管只能開關幾次，但新晶體管在不出現故障的情況下可以開關數十萬次。

　　摩勒等人認為，新型晶體管可用于制造新一代電子設備，包括新型電腦、智能手機，以及醫療設備等。而且最新研究結果表明，量子干涉可以高效且可靠地控制晶體管內的電子流，有望帶來更小、更快、更節能的晶體管。