美国生物设计研究所生物电子和生物传感器中心主任、亚利桑那州立大学教授Nongjian Tao博士。
英特尔(Intel)联合创始人Gordon Moore基于半导体技术的惊人发展提出了著名的“摩尔定律”。但即便是Moore这样具有伟大前瞻性的人，也不太可能预见到目前电子革命的激烈程度。随着电子设备小型化进程的加速，研究人员已经开始探索物理学性质与化学性质在分子尺度上的交融性。这对于改进数据存储和信息处理设备、开发分子开关以及其他科技创新均有重要意义。
《自然·材料》杂志2月11日载文称，美国生物设计研究所生物电子和生物传感器中心主任、亚利桑那州立大学教授Nongjian Tao博士等报道了一系列关于单分子电导的研究。在这个微观世界中，量子的特殊性质占据了主导地位。电子以电流的形式流动，但表现得像波，并会受到量子干涉现象的影响。实现对量子干涉现象的操控，可能有助于开发具有特殊性质的新型纳米电子设备。Tao说：“我们感兴趣的不仅是测量单个分子的量子现象，还包括如何控制它们。这对我们理解分子系统中的基本电荷传输，以及研发新的设备至关重要。”
Tao等通过研究分子的电荷传输特性，证实了电子具有的“幽灵波”性质（即量子干涉）可以在分子的两种不同构型下被精确地调制，这两种构型分别称为Para和Meta。研究人员认为，量子干涉效应可以引起分子级器件的电导性质产生显著变化——通过控制量子干涉，单个分子的电导率可以微调两个数量级以上。精确、连续地控制量子干涉被认为是未来分子级电子学和高速低功耗电子学发展的关键之一。单分子电子器件可能在晶体管、整流器、逻辑门、超导量子干涉器件(SQUID)、量子密码学和量子计算等未来应用领域有巨大的应用前景。
Tao等通过使用“电化学门控”技术，得以连续控制两个数量级的电导。而在过去，改变量子干涉特性需要对设备所有的载流子分子进行调整。Tao等的研究标志着在单个分子中进行电导调节已经成为现实。
正如Tao等提出的观点所述，分子尺度上的电导受到涉及分子电子轨道的量子干涉的敏感影响。具体来讲，最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）之间的扰动可能是决定单个分子电导的主要因素。利用电化学门控技术，单个分子中的量子干涉可以被精确地调整。
虽然关于单分子电荷输运的理论计算已经完成，但其实验验证还需要扫描探针显微镜等技术的进一步发展才能实现。可喜的是，分子电子学已经为科学家带来了精确改变电导的新方法，大量技术创新值得世人期待了。
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编译：雷鑫宇
审稿：阿淼
责编：唐林芳
期刊来源：《自然·材料》
期刊编号： 1476-1122
原文链接：
https://phys.org/news/2019-02-quantum-strangeness-electronics.html
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