我科學家發現單分子晶體管中電子的量子干涉效應 基于單個有機分子來替代硅作為晶體管材料

記者20日從廈門大學獲悉，該校固體表面物理化學國家重點實驗室洪文晶團隊和英國蘭卡斯特大學Colin Lambert教授、上海電力大學陳文博團隊合作，在國際上首次發現了在單分子電化學晶體管中電子的量子干涉效應，在此基礎上制備出基于量子效應的高性能單分子電化學晶體管，為當前計算機芯片突破硅基半導體器件物理極限提供一個全新思路。該研究成果日前在線發表于《自然·材料》期刊上。

當前，功能電子器件的小型化已成為信息技術發展的重要趨勢。隨著半導體工業的發展，集成電路芯片上晶體管的集成度越來越高，尺寸越來越小，芯片運行速度也越來越快。但是，傳統的硅基晶體管的尺寸已達到瓶頸，為進一步減小晶體管尺寸，基于單個有機分子來替代硅作為晶體管材料，成為電子器件微型化潛在技術方案。而目前單分子晶體管的開關比普遍較低，嚴重制約了器件的性能。

據洪文晶教授介紹，在單分子器件中，電子在通過單分子器件中不同電輸運通路時，由于存在相位差而出現增強或相消量子干涉效應，這是在納米-亞納米尺度電子輸運的獨特效應。在分子結構相近的情況下，具有相消量子干涉效應的分子和不具有相消量子干涉效應的分子相比，其電子輸運能力可能有數量級的差異。

該團隊在研究中首次實現了可集成電化學門控的單分子電子器件測試芯片技術和科學儀器方法，并在室溫下首次實現了對單分子電子器件中量子干涉效應的反共振現象的直接觀測和調控，得到了比傳統單分子晶體管開關比高出數十倍的單分子電化學晶體管，對制備基于量子干涉效應的新型分子材料和器件具有重要意義。