如今，小型化成為了電子器件最重要的發(fā)展趨勢之一，電子元器件的設(shè)計尺寸已縮小至納米級別。“摩爾定律”指出：“當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。”

但是近年來，摩爾定律似乎正在面臨嚴峻挑戰(zhàn)，芯片上晶體管的尺寸縮小與數(shù)量增加的速度正在放緩。因此，我們迫切需要新的技術(shù)來繼續(xù)推進電子設(shè)備小型化。

早在上世紀七十年代，科學家們就提出用分子取代電線來構(gòu)造電路。經(jīng)過幾十年發(fā)展，這項技術(shù)漸趨成熟，形成了一個新的前沿科技領(lǐng)域：分子電子學。

分子電子學研究的是分子水平上的電子學，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導體晶體管等固體電子學元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機。

創(chuàng)新

日本東京工業(yè)大學科學院副教授TomoakiNishino領(lǐng)導的科研團隊也在分子電子學領(lǐng)域展開探索，他們正研究的是單分子器件。

Nishino解釋道：“終極的小型化有望通過分子電子器件實現(xiàn)。在分子電子學領(lǐng)域，單分子被作為功能元件使用。”

技術(shù)

然而，正如你所料想的，通過單分子創(chuàng)造電子元器件并不是一項簡單的任務(wù)。由單分子組成的功能器件非常難以制造。更進一步說，包含它們的接觸點（電氣觸點）壽命較短，這樣使得它們難以應用。研究團隊基于之前的工作推斷出，一種形成聚合物的長鏈單體（單分子），相對于比較小的分子來說，表現(xiàn)得更好。

為了證明這個想法，他們采用了一項稱為“掃描隧道顯微鏡（STM）”的技術(shù)。在這項技術(shù)中，尾端是單原子的金屬針尖用于測量極小的電流，以及當針尖在目標表面（如下圖所示）上與一個原子或者多個原子創(chuàng)造出電氣接觸點時的電流波動。

由STM針尖與聚合物創(chuàng)造出的單分子接觸點

團隊通過STM創(chuàng)造出由針尖與一個稱為“poly(vinylpyridine)”的聚合物或者它對應的單體“4,4'-trimethylenedipyridine”組成的電氣觸點，“4,4'-trimethylenedipyridine”被認為是聚合物的成分之一。研究人員們通過測量這些接觸點的導電特性，試圖證明聚合物可用于制造單分子器件。

可是為了進行分析，團隊必須首先設(shè)計一種算法，使他們可以通過STM測量到的電流信號，提取出他們所感興趣的量。簡單地說，它們的算法使他們可以自動檢測和計算出來自針尖與目標表面隨著時間變化的電流信號中的小的穩(wěn)定期。這個穩(wěn)定期表明，在針尖和表面上的單分子之間創(chuàng)造出了一個穩(wěn)定的導電接觸點。

價值

研究團隊采用這個方法，分析了通過聚合物及其對應的單體創(chuàng)造出的接觸點上所獲取的結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，作為電子元器件來說，聚合物比單體具有更佳的特性。

Nishino表示：“未來實際應用最重要的特性之一‘接觸點形成的可能性’，對于聚合物接觸點來說更高。”此外，流過聚合物接觸點的電流，相對于流過單體接觸點的電流來說，更加穩(wěn)定且可預測（偏差較小）。

該研究團隊所展現(xiàn)的成果，揭示了聚合物作為未來電子器件小型化構(gòu)成要素的巨大潛力。聚合物是否會成為突破新的物理極限的關(guān)鍵？但愿時間會給出答案。