如今，小型化成為了電子器件最重要的發(fā)展趨勢之一，電子元器件的設(shè)計尺寸已縮小至納米級別?！澳柖伞敝赋觯骸爱?dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。”

但是近年來，摩爾定律似乎正在面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，芯片上晶體管的尺寸縮小與數(shù)量增加的速度正在放緩。因此，我們迫切需要新的技術(shù)來繼續(xù)推進電子設(shè)備小型化。

早在上世紀(jì)七十年代，科學(xué)家們就提出用分子取代電線來構(gòu)造電路。經(jīng)過幾十年發(fā)展，這項技術(shù)漸趨成熟，形成了一個新的前沿科技領(lǐng)域：分子電子學(xué)。

分子電子學(xué)研究的是分子水平上的電子學(xué)，其目標(biāo)是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導(dǎo)體晶體管等固體電子學(xué)元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機。

創(chuàng)新

日本東京工業(yè)大學(xué)科學(xué)院副教授TomoakiNishino領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊也在分子電子學(xué)領(lǐng)域展開探索，他們正研究的是單分子器件。

Nishino解釋道：“終極的小型化有望通過分子電子器件實現(xiàn)。在分子電子學(xué)領(lǐng)域，單分子被作為功能元件使用?！?br/>
技術(shù)

然而，正如你所料想的，通過單分子創(chuàng)造電子元器件并不是一項簡單的任務(wù)。由單分子組成的功能器件非常難以制造。更進一步說，包含它們的接觸點（電氣觸點）壽命較短，這樣使得它們難以應(yīng)用。研究團隊基于之前的工作推斷出，一種形成聚合物的長鏈單體（單分子），相對于比較小的分子來說，表現(xiàn)得更好。

為了證明這個想法，他們采用了一項稱為“掃描隧道顯微鏡（STM）”的技術(shù)。在這項技術(shù)中，尾端是單原子的金屬針尖用于測量極小的電流，以及當(dāng)針尖在目標(biāo)表面（如下圖所示）上與一個原子或者多個原子創(chuàng)造出電氣接觸點時的電流波動。

由STM針尖與聚合物創(chuàng)造出的單分子接觸點

團隊通過STM創(chuàng)造出由針尖與一個稱為“poly(vinylpyridine)”的聚合物或者它對應(yīng)的單體“4,4'-trimethylenedipyridine”組成的電氣觸點，“4,4'-trimethylenedipyridine”被認(rèn)為是聚合物的成分之一。研究人員們通過測量這些接觸點的導(dǎo)電特性，試圖證明聚合物可用于制造單分子器件。

可是為了進行分析，團隊必須首先設(shè)計一種算法，使他們可以通過STM測量到的電流信號，提取出他們所感興趣的量。簡單地說，它們的算法使他們可以自動檢測和計算出來自針尖與目標(biāo)表面隨著時間變化的電流信號中的小的穩(wěn)定期。這個穩(wěn)定期表明，在針尖和表面上的單分子之間創(chuàng)造出了一個穩(wěn)定的導(dǎo)電接觸點。

價值

研究團隊采用這個方法，分析了通過聚合物及其對應(yīng)的單體創(chuàng)造出的接觸點上所獲取的結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，作為電子元器件來說，聚合物比單體具有更佳的特性。

Nishino表示：“未來實際應(yīng)用最重要的特性之一‘接觸點形成的可能性’，對于聚合物接觸點來說更高。”此外，流過聚合物接觸點的電流，相對于流過單體接觸點的電流來說，更加穩(wěn)定且可預(yù)測（偏差較小）。

該研究團隊所展現(xiàn)的成果，揭示了聚合物作為未來電子器件小型化構(gòu)成要素的巨大潛力。聚合物是否會成為突破新的物理極限的關(guān)鍵？但愿時間會給出答案。