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新型二极管问世

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达标科技|  楼主 | 2016-9-27 10:34 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
美国哥伦比亚大学应用物理学副教授拉莎•文卡塔拉曼指导的研究团队开发了一种新技术,成功创建出首个单分子二极管,其性能比之前所有设计的要高50倍,有望在纳米器件领域获得实际应用。论文发表在5月25日的《自然•纳米技术》杂志上。
  单分子器件是电子设备微型化的极致。亚利耶•艾佛莱姆和马克•瑞特在1974年提出,单个分子可以作为整流器,一个单向的电流导体。此后,科学家相继演示了单分子连接到金属电极上(单分子结)可用作多种元件,包括电阻器、开关、晶体管,以及二极管。
  由二极管充当电阀,其结构需要不对称,以使两个方向的电流处于不同环境。据物理学家组织网报道,为了开发单分子二极管,研究人员简单地设计了具有非对称结构的分子。
  “虽然这种不对称分子的确显示出一些类二极管特性,但它们并不有效。”论文第一作者、博士生布莱恩•卡珀兹解释说,“设计良好的二极管应只允许电流沿一个方向流动——接通方向,并且电流强度要大。非对称分子设计往往会出现接通(开)和断开(关)两个方向上都有微弱电流流过的现象,并且开电流和关电流的比率(整流比)通常都很低。而理想情况是,整流比应该非常高。”
  为了克服非对称分子设计的相关问题,文卡塔拉曼的团队将重点放在为分子结构创造一个不对称的环境上。他们的方法相当简单——用离子溶液包围活性分子,并用不同大小的金属电极接触分子。
  结果,他们获得的单分子二极管的整流比达到了250,比以前的设计高出50倍。文卡塔拉曼指出,二极管中的开电流可超过0.1微安,对于单分子而言,这个电流已经很大了。此外,新技术很容易实施,可以应用于所有类型的纳米器件,包括那些用石墨烯电极制造的器件。
  “能够采用化学和物理学概念设计一个分子电路,并让它具备一定的功能性,这是很令人惊异的。”文卡塔拉曼说,“由于尺度如此之小,量子力学效应绝对是这一器件的一个重要方面。因此,能够创建一个看不见却表现得与预期一致的东西,这是一个真正的成功。”
  研究团队目前正在努力理解这项成果背后的物理基础,并试图使用新的分子系统,进一步提高整流比。
    二极管是半导体电路最基本的单元,电流只被允许从一个方向通过。一般来说,二极管是用化学掺杂的办法,在硅电路上“雕刻”出来的。但要让二极管缩小到分子级别,这种办法就不适用了。如今化学家别出心裁,借助简单的离子溶液实现了电流单向性,这使得电流可以在极小尺度上区分“0”和“1”。通向“后摩尔时代”的创新电路,雏形已经有很多,哪一种能率先商用我们还不知道。一旦实现,我们的手机和电脑就百倍提速而且

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