美成功控制單分子厚度電路中電流朝納米級電路邁進

　　科學家們在開發微觀電路方面面臨著一些障礙，比如如何可靠地控制流經一個只有單分子厚度的電路中的電流。現在，美國羅切斯特大學化學工程助理教授亞歷山大·謝斯特帕羅夫成功做到了這一點，朝著研制納米級電路又邁進了一步。

　　“直到現在，科學家們一直無法可靠地直接引導電流從一個分子流向另一個分子。”謝斯特帕羅夫說，“但這正是只有一個或兩個分子厚的電子電路工作時需要做的。”

　　在這項實驗中，謝斯特帕羅夫利用一個簡單的微觀電路為一個有機發光二極管(OLED)供電，電路的正負極之間通過一張只有一個分子厚的有機材料薄膜連接。最近公布的研究已經表明，在如此薄的電路中，要控制電流在兩極之間的流動非常難。而謝斯特帕羅夫在發表于《先進材料界面》雜志上的論文中解釋說，解決這一問題的關鍵是增加一個分子惰性層。

　　據報道，這個惰性層或非反應性層是由直鏈有機分子構成的。在其上面分布著一層環狀的芳香族分子，充當傳導電子電荷的導線;而惰性層就如導線的塑料外殼一樣，可以起到絕緣的作用。由于下面的惰性層不能與上層發生反應，器件的電子特性僅通過上層就可以決定。

　　借助這種雙層排列，謝斯特帕羅夫能夠對電荷的轉移進行調控。通過改變官能團——用于取代分子中的氫并決定分子具有哪些獨特化學反應的原子或原子團，他可以更準確地控制電流在電極和上層有機分子層之間移動的速度。

　　在分子電子器件中，一些官能團會加快電荷轉移，另一些則可使電荷轉移速度慢下來。正是惰性層的加入，謝斯特帕羅夫能夠減少上層受到的干擾，由此便可通過改變官能團來達到設備所需的精確的電荷轉移速度，例如，發光二極管可能需要更快的電荷轉移速度才能保持特定的發光;而生物醫學注射裝置可能需要電荷以更慢的速度轉移。

　　雖然謝斯特帕羅夫克服了一個大障礙，但要讓雙層分子電子器件走向實際應用，還需開展大量工作。下一個挑戰將是耐用性。“我們開發的這個系統在高溫下會迅速退化。”謝斯特帕羅夫說，“我們需要的是能夠持續運行數年的設備，這得花點時間才能實現。”

　　總編輯圈點

　　IT業界一直期待電路進一步集成，但細微到納米級，電流的性質就不像普通電路里那樣容易掌握。要讓幾個或幾十個分子上的電子流絕不出錯，科學家必須引入新材料，其中大多含碳——石墨烯、碳納米管、RNA等等。此次，化學家起用了芳香族有機物，它結構上的變化多端也可以化作電路的多樣性。我們確信，未來信息產業離不開超級省電、靈敏、小巧的電子件，而歸根結底，它們是無數次化學實驗的成果。