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设备和结构

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破坏性量子干扰改善了单分子开关

16 Dec 2020 IsabelleDumé.
单分子开关
新型量子干扰使单分子开关具有高开/关比。信用:朱莉娅格林沃尔德和苏丹冈萨斯加山/哥伦比亚工程

通过破坏性量子干扰操作的单分子开关具有其种类设备的最高开/关比。由美国哥伦比亚大学和英国格拉斯哥大学的研究人员开发的交换机由分子六纳米长(类似于市场上最小的电脑芯片)和特殊的中央单元。它可以在“ON”状态下携带超过0.1微安的电流,并且可以允许更快,更小,更节能的晶体管。

晶体管是现代电子产品的工作研讨会,其尺寸在过去半个世纪左右稳步下降,使得越来越多地填写到计算机芯片上。然而,这种无情的缩小性不能永远继续,并且在硅中制造更小的晶体管的方法正在快速接近材料的尺寸和性能限制。因此,研究人员探索了可与不同材料一起使用的新型开关机构。

非线性效应

在纳米级结构中 Latha Venkataraman.她的小组 在哥伦比亚,量子机械效果支配,并且电子表现为波而不是颗粒。这些波可以建设性或破坏性地干扰。对于两个建设性干扰的波,所得波的幅度大于各个波的总和。在破坏性干扰中,两个波可以完全互相消除。

研究人员预测,这种非线性效应应允许单分子开关表现出大量的“在”到“OFF”电流。然而,使晶体管从这些分子中取出并不容易任务。

一个主要挑战是目前的泄漏。在理想的晶体管中,电流仅在“ON”状态下流动,而在“OFF”状态下它被阻挡。虽然真实的设备不是那么清晰,但Venkataraman解释说,在on-off-und状态中流动的电流量必须非常不同。否则,设备的表现类似于泄漏的Hosepipe,其中很难判断阀门(即,开关开关)是否打开或关闭。

在禁区中抑制电流

最先前的分子晶体管的设计产生了泄漏的装置,因为它们使用了on和关闭状态之间的差异的短分子。

在他们的新工作中,Venkataraman的团队代替使用六纳米长的芴低聚物分子合成 Peter Skabara.他的Glasgow小组。 “我们观察到六纳米分子线上的运输,这很值得注意,因为很少观察到这种长长的长度的运输,”她解释说。 “事实上,这是我们在我们实验室中衡量的最长的分子。”

在金属触点之间易于捕获分子,使得可以产生稳定的单分子电路,该电路维持超过1.5V的施加电压。另外的中央苯并噻唑单元增强了分子中不同电子能级之间的破坏性干扰在设备关闭状态下抑制电流,因此缓解电流泄漏。这种电子结构使得(隧道)电流和施加的电压之间的关系高度非线性,Venkataraman表示,并产生10的比例4 在开启和关闭状态之间。

研究人员报告了他们的工作 自然纳米技术.

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