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未来的电机可小至分子尺度?新技术为微型晶体管铺平道路


2月21日消息,近日,瑞典隆德大学的研究人员成功地在单个分子中开发了一种具有逻辑门功能的简单碳氢化合物分子,类似于晶体管中的逻辑门功能。这一发现可能使未来分子尺度上的电子元件成为可能。结果发表在《自然通讯》上。

烃分子中芳香环和非芳香环之间电子转移的图。

制造非常小的组件是研究和开发中的一项重要挑战。一个例子是晶体管——它们越小,我们的计算机就变得越快、越节能。但是,小逻辑门可以变得多小有限制吗?是否有可能在分子尺度上制造电机?是的,或许,这是隆德大学化学研究小组的答案。

“我们开发了一种简单的碳氢化合物分子,它可以改变其形式,同时在暴露于电势时从绝缘变为导电。成功的配方是在分子中设计一个所谓的反芳香环,使其变得更加强大,可以接收和传递电子,”隆德大学化学研究员 Daniel Strand 说。

许多有机分子由芳香苯环组成,即由六个碳原子组成的扁平环。一个简单的例子是石墨烯。然而,如果受到电势作用,这些分子不会改变性质或形状。因此,研究小组选择研究由具有八个碳原子的环组成的碳氢化合物。这些是反芳香的并弯曲成桶形。如果将两个电子注入这样的分子中,它就会变平并从绝缘变为导电——这一功能类似于晶体管从 0 切换到 1 的功能。

“分子的一个独特方面是它们非常简单。它们仅由碳和氢原子组成,这使得它们更容易合成生产,”丹尼尔斯特兰德说。

这一发现意味着研究人员现在可以考虑如何使用反芳香烃在单分子水平上开发电气开关和新的机械系统。

“响应电势而改变形式的分子带来了令人兴奋的可能性。人们可以想象节能的计算机架构,未来可能是分子尺度的电机,”Daniel Strand 总结道。
 

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