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量子效应提供分子晶体管

点击量:   时间:2017-06-18 01:02:04

Justin Mullins以一种全新的方式运行的分子开关可以引领一代在分子尺度上起作用的微处理器科学家表示,该开关利用量子力学的奇怪定律来解决研究人员开发分子电子学所面临的最大障碍之一随着晶体管变得越来越小,研究人员早就知道他们最终必须解决分子尺度上构建电路的问题许多研究小组已经提出了应该用作晶体管的分子,甚至用它们来构建基本电路但是这些分子晶体管的工作方式与较大的硅晶体管的工作方式基本相同电流从一个电极流入分子并从另一个电极流出第三电极通过升高和降低阻止电子流动的电势垒来接通和断开电流这种切换的问题在于它需要相对大量的功率并且构建具有分子晶体管的更复杂的微处理器将显着增加功率需求具有大约100纳米的晶体管的传统笔记本电脑消耗的功率在100瓦的范围内如果填充到相同的物理空间中,分子级晶体管 - 每个约1nm横跨 - 将需要更多 “耗电量高达百万瓦,”美国图森市亚利桑那大学的物理学家查尔斯斯塔福德说 “并不是每个星巴克都乐意为你插上[你的电脑]”现在,斯塔福德及其同事提出了一种完全不同类型的分子开关,它可以解决这个功率问题,基于称为“干扰”在分子尺度上,电子表现得像波浪一样,可以干扰自己和彼此当两个波的峰值重合时,它们结合形成一个更大的峰值,这个过程称为“相长干涉”但是当一波的峰值与另一波的波谷重合时,它们会通过“破坏性干扰”抵消斯塔福德意识到,如果电路可以被构造成使得通过它的电子通过相消干涉自然地相互抵消,则可以在电路中关闭电流这种电子的量子行为是脆弱的,很容易被干扰所消除,例如附近原子的运动这种运动破坏了量子干涉,允许电子再次流动 - 重新开启电流结果可能是产生一种全新类型的晶体管,通过开关量子干扰来调节电流 “这是一种非常强大的效果,”斯塔福德说斯塔福德及其同事表示,各种众所周知的分子都具有与所谓的“量子干涉效应晶体管”相同的结构例如,他们已经计算出环状分子苯可以很好地起作用,因为当它们在环的相反方向上流动时,电子完全相互抵消 “我们只是利用这些分子中天然存在的美丽对称性,”他说加拿大本拿比西蒙弗雷泽大学的George Kirczenow对这个想法印象深刻 “这是一种非常创新的方法,原则上可以比传统的切换需要更少的功率,”他说然而,下一步是将合适的分子连接到三个电极,使其可以作为晶体管工作,电极采用长链导电烃的形式将它们连接到一个单独的分子将是困难的,Kirczenow说:“人们用两个电极完成它,但不是三个创建互连的问题至少与制造晶体管本身一样具有挑战性“斯塔福德同意但对这一挑战持哲学态度:”我是理论物理学家 - 我做得很好“期刊参考文献: