操控单分子可设计新型电子设备

2011-2-22 09:33 来源: 中国科学院
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  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。