分子邏輯元件的重大突破
- 上線日期：2008/8/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網http://nano.nchc.org.tw/
由荷蘭、澳洲、德國與西班牙物理學家組成的研究小組，首度使單一有機分子與金屬電極產生高導電性的連結。這項研究成果將有助於發展比傳統電晶體及邏輯閘更小又更快的分子電元件。
目前大部分電子元件是由矽等半導體材料所構成，不過某些有機分子(如DNA)也具有類似傳統半導體的電子特性，因此不少學者相信它們可以用來製造電子元件。分子電子元件的最大好處是體積小，因此能將更多的電路塞進晶片中。然而，如何將單一分子與金屬電極連結卻是一大挑戰。
以往的做法是利用硫醇(thiol)等「錨接基」(anchoring groups)來製作金屬-分子接面，然而這會在接面產生明顯的位障(potential barrier)，電子在外加偏壓下是以穿隧方式通過分子，由於導電率低，製造出來的元件效能不佳。如果電子能以彈道(ballistic)方式通過金屬與分子接面，將有機會製造出高傳導性的電子元件。彈道傳輸所產生的量子化電導(quantum of conductance)的現象，已經在碳奈米管元件或單原子接面中被觀察到，但它從未現身單分子接面系統中。
最近，荷蘭萊頓大學的Jan van Ruitenbeek與其國際研究伙伴已經克服這個問題，製作出第一個高電導的分子接面。他們將鉑電極直接連結到苯環分子的碳骨架上，測到的電導值達2e2/h(e是電子電荷，h是普郎克常數)，這是單電子通道的最大電導值，約為7.7×10-5ohm-1，比使用硫醇分子製作的元件高出一個數量級，而且可以長期維持穩定狀態。
研究團隊利用機械控制的「破裂接面」(break junction)來製作他們的系統，此法能在低溫下製作出任何金屬的原子級接面。接著以毛細管將苯環蒸氣引入到乾淨的接面上，然後藉由量測元件電導的變化來確認分子已抵達接面。
研究人員表示苯環分子只是個起點，未來將會研究更多有機化合物。由於鉑很貴，他們也計畫研究其他可作為電極的金屬。詳見Phys. Rev. Lett. 101, p.046801 (2008)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/35295
譯者:蘇俊鐘(中央研究院應用科學研究中心)
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