基于量子干涉的单分子晶体管面世

英国和加拿大科学家组成的一个国际研究团队开发出一种新型单分子晶体管，利用量子干涉来控制电子流。这一成果为在电子设备中使用量子效应带来了新的可能性，有望催生比现有设备更小、更快、更节能的新型晶体管，以制造新一代电子设备。相关论文发表于25日出版的《自然·纳米技术》杂志。

研究示意图

　　晶体管是现代电子技术的基本组成部分，用于放大和切换电信号，广泛应用于从智能手机到宇宙飞船等各种设备和器件上。但传统晶体管制造方法已到达极限。随着晶体管越来越小，其效率越来越低，且容易受到误差的影响。由于存在量子隧穿效应，即使晶体管关闭，电子也会从中泄漏。

　　鉴于此，研究人员正在探索新型开关机制，希望能消除这种影响。在最新研究中，英国玛丽女王大学物理与化学科学学院简·摩勒教授领导的团队，借助量子干涉研制出一种新型晶体管，消除了量子隧穿效应的影响。在这种量子力学效应中，电子表现为波而非粒子。

　　新型晶体管的导电通道是单个导电分子卟啉锌。该分子位于两个石墨烯电极之间，当向电极施加电压时，借助量子干涉效应可控制通过分子的电子流。干涉指两个波相互作用而相互抵消(相消干涉)或相互增强(相长干涉)时发生的一种现象。在新晶体管内，研究人员通过控制电子在卟啉锌分子内流动时是相长干涉还是相消干涉来打开和关闭晶体管。

　　研究团队发现，新型晶体管的开关比非常高，这意味着它可以非常精确地打开和关闭电流。晶体管也非常稳定，以前由单个分子制成的晶体管只能开关几次，但新晶体管在不出现故障的情况下可以开关数十万次。

　　摩勒等人认为，新型晶体管可用于制造新一代电子设备，包括新型电脑、智能手机，以及医疗设备等。而且最新研究结果表明，量子干涉可以高效且可靠地控制晶体管内的电子流，有望带来更小、更快、更节能的晶体管。