英國和加拿大科學(xué)家組成的一個國際研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)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(shè)備中使用量子效應(yīng)帶來了新的可能性，有望催生比現(xiàn)有設(shè)備更小、更快、更節(jié)能的新型晶體管，以制造新一代電子設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表于25日出版的《自然·納米技術(shù)》雜志。

晶體管是現(xiàn)代電子技術(shù)的基本組成部分，用于放大和切換電信號，廣泛應(yīng)用于從智能手機(jī)到宇宙飛船等各種設(shè)備和器件上。但傳統(tǒng)晶體管制造方法已到達(dá)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(yīng)，即使晶體管關(guān)閉，電子也會從中泄漏。

圖片:c46ac1aa6bee464c983f810a9e8155a7.jpg

研究示意圖

鑒于此，研究人員正在探索新型開關(guān)機(jī)制，希望能消除這種影響。在最新研究中，英國瑪麗女王大學(xué)物理與化學(xué)科學(xué)學(xué)院簡·摩勒教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，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(yīng)的影響。在這種量子力學(xué)效應(yīng)中，電子表現(xiàn)為波而非粒子。

新型晶體管的導(dǎo)電通道是單個導(dǎo)電分子卟啉鋅。該分子位于兩個石墨烯電極之間，當(dāng)向電極施加電壓時，借助量子干涉效應(yīng)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(qiáng)（相長干涉）時發(fā)生的一種現(xiàn)象。在新晶體管內(nèi)，研究人員通過控制電子在卟啉鋅分子內(nèi)流動時是相長干涉還是相消干涉來打開和關(guān)閉晶體管。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，新型晶體管的開關(guān)比非常高，這意味著它可以非常精確地打開和關(guān)閉電流。晶體管也非常穩(wěn)定，以前由單個分子制成的晶體管只能開關(guān)幾次，但新晶體管在不出現(xiàn)故障的情況下可以開關(guān)數(shù)十萬次。

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