科技日報北京5月26日電 （記者陳丹）美國哥倫比亞大學應用物理學副教授拉莎·文卡塔拉曼指導的研究團隊開發了一種新技術，成功創建出首個單分子二極體，其性能比之前所有設計的要高50倍，有望在奈米器件領域獲得實際應用。論文發表在5月25日的《自然·奈米技術》雜誌上。

　　單分子器件是電子設備微型化的極致。亞利耶·艾佛萊姆和馬克·瑞特在1974年提出，單個分子可以作為整流器，一個單向的電流導體。此後，科學家相繼演示了單分子連接到金屬電極上（單分子結）可用作多種元件，包括電阻器、開關、電晶體，以及二極體。

　　由二極體充當電閥，其結構需要不對稱，以使兩個方向的電流處於不同環境。據物理學家組織網報道，為了開發單分子二極體，研究人員簡單地設計了具有非對稱結構的分子。

　　“雖然這種不對稱分子的確顯示出一些類二極體特性，但它們並不有效。”論文第一作者、博士生布萊恩·卡珀茲解釋説，“設計良好的二極體應只允許電流沿一個方向流動——接通方向，並且電流強度要大。非對稱分子設計往往會出現接通（開）和斷開（關）兩個方向上都有微弱電流流過的現象，並且開電流和關電流的比率（整流比）通常都很低。而理想情況是，整流比應該非常高。”

　　為了克服非對稱分子設計的相關問題，文卡塔拉曼的團隊將重點放在為分子結構創造一個不對稱的環境上。他們的方法相當簡單——用離子溶液包圍活性分子，並用不同大小的金屬電極接觸分子。

　　結果，他們獲得的單分子二極體的整流比達到了250，比以前的設計高出50倍。文卡塔拉曼指出，二極體中的開電流可超過0.1微安，對於單分子而言，這個電流已經很大了。此外，新技術很容易實施，可以應用於所有類型的奈米器件，包括那些用石墨烯電極製造的器件。

　　“能夠採用化學和物理學概念設計一個分子電路，並讓它具備一定的功能性，這是很令人驚異的。”文卡塔拉曼説，“由於尺度如此之小，量子力學效應絕對是這一器件的一個重要方面。因此，能夠創建一個看不見卻表現得與預期一致的東西，這是一個真正的成功。”

　　研究團隊目前正在努力理解這項成果背後的物理基礎，並試圖使用新的分子系統，進一步提高整流比。

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　　二極體是半導體電路最基本的單元，電流只被允許從一個方向通過。一般來説，二極體是用化學摻雜的辦法，在硅電路上“雕刻”出來的。但要讓二極體縮小到分子級別，這種辦法就不適用了。如今化學家別出心裁，借助簡單的離子溶液實現了電流單向性，這使得電流可以在極小尺度上區分“0”和“1”。通向“後摩爾時代”的創新電路，雛形已經有很多，哪一種能率先商用我們還不知道。一旦實現，我們的手機和電腦就百倍提速而且不發熱了。