美國(guó)發(fā)明出單分子“量子干涉效應(yīng)晶體管”

斯塔福德表示，現(xiàn)代晶體管的尺寸已經(jīng)無(wú)法再縮小到25納米以?xún)?nèi)，或1/40,000米的針頭寬度，這是因?yàn)楦M(jìn)一步的收縮比例將產(chǎn)生難以控制的能量問(wèn)題。即使現(xiàn)代晶體管工藝制造出了使用分子尺寸晶體管的超高級(jí)筆記本電腦，它也將耗費(fèi)整個(gè)一座城市的電能才得以運(yùn)行，并且這個(gè)小東西的溫度將高到足以使它蒸發(fā)。

亞利桑那州大學(xué)的物理學(xué)家蘇米特•瑪祖達(dá)、大衛(wèi)•卡德蒙以及在2005年獲得博士學(xué)位的斯塔福德三年前就開(kāi)始思考如何解決下一代晶體管生產(chǎn)工藝的難題。他們意識(shí)到量子力學(xué)的原理可以用來(lái)攻克單分子晶體管在室溫下調(diào)控電流強(qiáng)弱的技術(shù)難題，從而解決現(xiàn)在的工藝問(wèn)題。

“我們的途徑比以前生硬的方式相對(duì)巧妙，” 卡德蒙說(shuō)?！拔覀儾⒉皇褂瞄_(kāi)關(guān)的原理來(lái)阻隔電流。而是通過(guò)控制電子波的疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管的開(kāi)關(guān)?！彼麄冇糜诰w管制造的最簡(jiǎn)單物質(zhì)是苯，一種環(huán)形結(jié)構(gòu)的分子。他們計(jì)劃用兩根導(dǎo)線(xiàn)連接苯環(huán)從而建立一個(gè)電流的雙通道模式。他們同時(shí)還計(jì)劃在與兩根導(dǎo)線(xiàn)相反的方向再接入第三跟導(dǎo)線(xiàn)。其它研究員已經(jīng)成功的將兩根導(dǎo)線(xiàn)連接到了如此微小的分子環(huán)上，但是對(duì)于第三根導(dǎo)線(xiàn)的連接仍然是一個(gè)難題——并且是問(wèn)題的關(guān)鍵。因?yàn)榈谌鶎?dǎo)線(xiàn)正是控制裝置開(kāi)關(guān)的“閥門(mén)”。

“在經(jīng)典物理學(xué)中，從苯環(huán)分子兩個(gè)通道中流過(guò)的電流匯總之后將進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加，” 斯塔福德說(shuō)?！暗菑牧孔恿W(xué)的角度來(lái)講，兩個(gè)電子波的相消干涉將導(dǎo)致沒(méi)有任何電流從分子鏈通過(guò)。這就是分子晶體管的‘關(guān)閉’狀態(tài)?！贝蜷_(kāi)晶體管只需改變電子波的相位使其不進(jìn)行相消干涉，同時(shí)第三根導(dǎo)線(xiàn)還打開(kāi)了額外的一條電流路徑。

“這種觀念從理論到實(shí)際的轉(zhuǎn)換只用了很短的時(shí)間，” 斯塔福德說(shuō)。“我們?cè)趲仔瞧谥畠?nèi)就能夠以忽略不同電子間的交互感應(yīng)為前提，從量子化學(xué)的角度制作出最簡(jiǎn)單的模型。但卻花了相當(dāng)一段時(shí)間將所有電子交感考慮在內(nèi)演示出真正成熟的裝置。”斯塔福德強(qiáng)調(diào)說(shuō)，根據(jù)半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)的調(diào)查顯示，一般一個(gè)新的理論從最初的科學(xué)設(shè)想走向成熟的商業(yè)應(yīng)用需要花費(fèi)12年的時(shí)間?？ǖ旅烧f(shuō)：“這意味著如果電腦工業(yè)繼續(xù)以現(xiàn)在的步伐向小型化發(fā)展，我們應(yīng)該在此之前就已經(jīng)研發(fā)出這個(gè)新的理論?！?/FONT>