研究团队发现单分子晶体管中电子的量子干涉效应

从厦门大学获悉，该校固体表面物理化学国家重点实验室洪文晶团队和英国兰卡斯特大学Colin Lambert教授、上海电力大学陈文博团队合作，在国际上首次发现了在单分子电化学晶体管中电子的量子干涉效应，在此基础上制备出基于量子效应的高性能单分子电化学晶体管，为当前计算机芯片突破硅基半导体器件物理极限提供一个全新思路。该研究成果日前在线发表于《自然·材料》期刊上。

当前，功能电子器件的小型化已成为信息技术发展的重要趋势。随着半导体工业的发展，集成电路芯片上晶体管的集成度越来越高，尺寸越来越小，芯片运行速度也越来越快。但是，传统的硅基晶体管的尺寸已达到瓶颈，为进一步减小晶体管尺寸，基于单个有机分子来替代硅作为晶体管材料，成为电子器件微型化潜在技术方案。而目前单分子晶体管的开关比普遍较低，严重制约了器件的性能。

据洪文晶教授介绍，在单分子器件中，电子在通过单分子器件中不同电输运通路时，由于存在相位差而出现增强或相消量子干涉效应，这是在纳米-亚纳米尺度电子输运的独特效应。在分子结构相近的情况下，具有相消量子干涉效应的分子和不具有相消量子干涉效应的分子相比，其电子输运能力可能有数量级的差异。

该团队在研究中首次实现了可集成电化学门控的单分子电子器件测试芯片技术和科学仪器方法，并在室温下首次实现了对单分子电子器件中量子干涉效应的反 共振现象的直接观测和调控，得到了比传统单分子晶体管开关比高出数十倍的单分子电化学晶体管，对制备基于量子干涉效应的新型分子材料和器件具有重要意义。