奈米點展現量子相變
- 上線日期：2008/6/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網 http://nano.nchc.org.tw/
法國研究人員製作了一個量子點元件來研究量子臨界現象(quantum criticality)，他們不僅觀察到了量子相變(quantum phase transition)，而且還能加以操控。這項研究結果不只對於量子電子學的基礎研究有關鍵的影響，亦有助於分子自旋電子學(molecular spintronics)的發展以及量子電腦的應用。
自旋電子學利用的是電子的磁性(或自旋)，我們目前使用的硬碟就是一例。分子自旋電子學則是以單一分子為操作元件，期能將這些技術應用至更小的奈米尺度。最近Joseph Fourier University的Franck Balestro等人先以微影術製作出1 μm的金線，接著沉積上C60分子，然後加上大電流，藉由電遷徙(electromigration)的機制使金線斷裂，讓C60分子填入奈米級的縫隙中。整個系統是置於氧化鋁絕緣層上，底下再加上金屬板，因此可以像場效電晶體一樣透過閘極電壓來控制元件行為。
研究人員發現改變閘極電壓，可使元件在兩個分子自旋態之間切換而不影響其電荷。能態之一被稱為自旋單一態(spin singlet)，即分子上的兩個電子自旋一上一下，因而磁矩為零；另一態為自旋三重態(spin triplet)，即兩個電子的自旋均指向同一方向，因而形成一微小的磁鐵。
該元件確實表現出電晶體的行為：當分子處於三重態時，拜近藤效應(Kondo effect)之賜，電流可以通過元件，而當分子處於無磁性的單一態時，並無此效應，因此電流則無法通過。對基礎研究而言，近藤效應如合何隨著元件從磁性轉變為非磁性而消失是個有趣的研究課題。Balestro表示，這種磁性狀態的變化與巨觀磁鐵的相變非常類似，然而相較於巨觀相變發生於相當高的溫度(例如鐵為770°C)，這種量子相變卻發生在接近絕對零度的低溫，而且在奈米元件中還是首度被觀察到。
該團隊下一個目標想利用分子元件來實現量子位元(quantum bit)及完成基本的量子操作，同時計畫研究其他分子，期能藉由不同的化學特性創造出更多新穎的物理現象。詳見Nature 453, p.633 (2008)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/34446
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