近年來，電子工程師一直在嘗試創(chuàng)建分子級電子設(shè)備，即使用單分子的新型設(shè)備。為了使這些設(shè)備正常工作，科學(xué)家首先需要確定有效的方法來調(diào)節(jié)分子陣列的電子特性，到目前為止，這已經(jīng)證明是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。

勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)的研究人員最近推出了一種設(shè)計策略，用于調(diào)節(jié)石墨烯場效應(yīng)晶體管內(nèi)部分子陣列的電荷模式。在《自然電子》上發(fā)表的一篇論文中，他們提出了一種基于這種策略的分子移位寄存器，該寄存器是通過將有機分子高精度地定位在基于石墨烯的設(shè)備上而制成的。

監(jiān)督這項研究的教授邁克爾·F·克羅米(Michael F. Crommie)告訴TechXplore：“制造功能性分子納米結(jié)構(gòu)的可能性啟發(fā)了我們。” “我們的主要目標是制造可以通過外部信號(例如施加的柵極電壓)輕松控制其狀態(tài)的納米機器。構(gòu)建這種功能性納米結(jié)構(gòu)的一種方法是利用分子自組裝的優(yōu)勢來創(chuàng)建交替充電/不充電的陣列分子，模仿了移位寄存器如何存儲和操縱信息的某些方面。”

由Hsin-Zon Tsai和他的同事制造的分子移位寄存器是通過使用所謂的“邊緣模板”自組裝過程將有機F 4 TCNQ分子精確定位在石墨烯器件上而構(gòu)建的。本質(zhì)上，該設(shè)備通過靜電背門對陣列中組織的分子充電，從而發(fā)揮作用。在特定的柵極電壓下，這使得能夠在分子之間產(chǎn)生交替的電荷模式(即，對陣列中的每個其他分子充電)。

蔡說：“我們發(fā)現(xiàn)操縱末端分子會導(dǎo)致所有分子的電荷狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致整個陣列級聯(lián)下降，從而使整個電荷模式移動一個分子。” “我們的設(shè)備是獨特的，因為它是由有機分子制成的，其特征和功能可以通過現(xiàn)代有機合成的復(fù)雜技術(shù)進行定制。”

蔡和他的同事們最近的研究表明，如何利用自組裝過程和帶電分子之間的庫侖相互作用來產(chǎn)生有效的納米結(jié)構(gòu)。只需通過背柵電極調(diào)節(jié)石墨烯費米能級，就可以在不同的電荷狀態(tài)之間切換它們組裝的分子陣列的電荷構(gòu)型。

克羅米說：“人們可以想象，如何利用分子電荷狀態(tài)作為邏輯位，通過自組裝來構(gòu)造其他基本電子元件，例如邏輯門。” “一個挑戰(zhàn)是構(gòu)造和排列納米級讀數(shù)以訪問分子電荷狀態(tài)。盡管在納米級這很困難，但我們相信自組裝將再次被證明是實現(xiàn)這一目標的有用工具。”

將來，這組研究人員研究的分子系統(tǒng)可能會為基于分子納米結(jié)構(gòu)的其他電子設(shè)備的創(chuàng)建提供信息。同時，蔡和他的同事計劃進行進一步的研究，以創(chuàng)建更大，更復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，這些納米結(jié)構(gòu)可以執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，例如機電納米機器。

“關(guān)于納米世界的一個非常有趣的問題是，力和動量如何從量子力學(xué)描述的電子傳遞到更經(jīng)典的更大物體，例如原子或分子，”富蘭克林·劉(Franklin Liou)進行了研究。說出項目。“我們計劃通過電流或靜電門控處理石墨烯中的電子，然后用原子尺度顯微鏡測量所吸附的原子和分子的機械響應(yīng)，從而解決這一問題。”

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