激光网3月26日消息，来自伦敦玛丽女王大学、牛津大学、兰开斯特大学和滑铁卢大学的国际研究团队开发了一种新的单分子晶体管，该晶体管使用量子干涉来控制电子的流动。晶体管发表在《自然纳米技术》上的一篇论文中进行了描述，为在电子设备中使用量子效应开辟了新的可能性。
晶体管是现代电子产品的基本组成部分。它们用于放大和切换电信号，它们对于从智能手机到宇宙飞船的所有东西都是必不可少的。然而，传统的晶体管制造方法，包括将硅蚀刻成微小的通道，正在达到其极限。
随着晶体管变得越来越小，它们变得越来越低效，并且容易出错，因为电子可能会通过设备泄漏，即使它应该被关闭，这个过程被称为量子隧穿。研究人员正在探索新型的开关机制，这些机制可以与不同的材料一起使用，以消除这种影响。
在玛丽皇后物理与化学科学学院的Jan Mol教授，James Thomas博士和他们的小组研究的纳米级结构中，量子力学效应占主导地位，电子表现为波而不是粒子。利用这些量子效应，研究人员建造了一个新的晶体管。
晶体管的导电通道是单个锌卟啉，一种可以导电的分子。卟啉夹在两个石墨烯电极之间，当对电极施加电压时，可以使用量子干涉来控制通过分子的电子流。
干涉是当两个波相互作用并相互抵消或相互增强时发生的现象。在新晶体管的情况下，研究人员通过控制电子在流经锌卟啉分子时是建设性干扰还是破坏性干扰来打开和关闭晶体管。
研究人员发现，新晶体管具有非常高的开/关比，这意味着它可以非常精确地打开和关闭。破坏性量子干涉在这方面起着至关重要的作用，它消除了量子隧穿晶体管的泄漏电子流，而晶体管应该被关闭。
他们还发现晶体管非常稳定。以前由单个分子制成的晶体管只能证明少数几个开关周期。但是，该设备可以运行数十万次而不会发生故障。
“量子干涉是一种强大的现象，有可能用于各种电子应用，”主要作者、玛丽皇后学院量子技术讲师James Thomas博士说。“我们相信，我们的工作是朝着实现这一潜力迈出的重要一步。”
“我们的研究结果表明，量子干涉可用于控制晶体管中的电子流动，并且可以以高效和可靠的方式完成，”合著者Jan Mol教授说，“这可能导致开发比现有设备更小，更快，更节能的新型晶体管。
研究人员还发现，量子干涉效应可用于改善晶体管的亚阈值摆幅，这是衡量晶体管对栅极电压变化敏感程度的指标。亚阈值摆幅越低，晶体管的效率越高。
研究人员的晶体管的亚阈值摆幅为140 mV/dec，这优于其他单分子晶体管报告的亚阈值摆幅，并且与由碳纳米管等材料制成的大型器件相当。
该研究仍处于初始阶段，但研究人员乐观地认为，新的晶体管可用于制造新一代电子设备。这些设备可用于各种应用，从计算机和智能手机开始，到医疗设备结束。
