單一質子成就分子開關
- 上線日期：2012/1/2 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
德國科學家研發出一種具有最小原子開關的分子元件。此開關的工作原理是藉由單一質子(proton)的轉移，這種利用功能化分子和原子作為建構單元的設計，將有助於分子電子學領域的進展。
分子開關由單一分子所組成，利用光或電流等外加刺激便能讓開關進行作動。當分子開關直接耦合於金屬上，操作效果最好，但它們也需要能輕易連結其他分子。最近，慕尼黑工業大學(Technische Universitat Munchen)的Willi Auwarter 等人將紫質(porphyrin)分子繫於銀表面，製造了一種開關。紫質是一種扁平的有機分子，可藉由中央的空腔與其他原子合併，Auwarter的新開關便是在空腔處配置了兩個氫原子。
研究人員利用掃描式穿隧顯微鏡(STM)探針傳送的電壓脈衝，迫使此氫原子對轉變至另一狀態，故此裝置可作為二階(two-level)開關元件。若進一步以STM移除其中一顆氫原子，留下的氫原子會在空腔中4個不同位置間切換，則可做為4階開關。若電壓低於某臨界值，氫原子沒有足夠的能量切換，便會停留在原位，數值便能可靠地讀出。
先前設計的分子開關多半把切換單元(本研究中為質子)置於分子周圍，此研究則置於分子內部。這種新型設計意味著分子開關可嵌入其他環境中而不影響到切換機制。另外，此分子開關也可直接置於導電金屬上，不像過去設計還需添加絕緣層，因此更容易直接建造操作用的電子裝置。
Auwarter表示，雖然此元件需於低溫方能正常運作且易受周遭環境影響，因此尚無立即的工業應用價值，但該研究使人們更了解這些基本過程在分子元件中所扮演的角色。他認為這種利用功能化分子和原子作為建構單元的基礎技術，未來在分子電子元件的開關及配線上將舉足輕重。該團隊計畫將縮小開關尺寸以增進單位面積的元件密度、研發相關資訊儲存元件 以及設計更複雜的多階開關元件。詳見Nature Nanotechnology｜doi:10.1038/nnano.2011.211。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/48129
譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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