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美国哥伦比亚大学应用物理学副教授拉莎文卡塔拉曼指导的研究团队开发了一种新技术，成功创建出首个单分子二极管，其性能比之前所有设计的要高50倍，有望在纳米器件领域获得实际应用。论文发表在5月25日的《自然纳米技术》杂志上。
单分子器件是电子设备微型化的极致。亚利耶艾佛莱姆和马克瑞特在1974年提出，单个分子可以作为整流器，一个单向的电流导体。此后，科学家相继演示了单分子连接到金属电极上（单分子结）可用作多种元件，包括电阻器、开关、晶体管，以及二极管。
由二极管充当电阀，其结构需要不对称，以使两个方向的电流处于不同环境。据物理学家组织网报道，为了开发单分子二极管，研究人员简单地设计了具有非对称结构的分子。
虽然这种不对称分子的确显示出一些类二极管特性，但它们并不有效。论文第一作者、博士生布莱恩卡珀兹解释说，设计良好的二极管应只允许电流沿一个方向流动接通方向，并且电流强度要大。非对称分子设计往往会出现接通（开）和断开（关）两个方向上都有微弱电流流过的现象，并且开电流和关电流的比率（整流比）通常都很低。而理想情况是，整流比应该非常高。
为了克服非对称分子设计的相关问题，文卡塔拉曼的团队将重点放在为分子结构创造一个不对称的环境上。他们的方法相当简单用离子溶液包围活性分子，并用不同大小的金属电极接触分子。
结果，他们获得的单分子二极管的整流比达到了250，比以前的设计高出50倍。文卡塔拉曼指出，二极管中的开电流可超过0.1微安，对于单分子而言，这个电流已经很大了。此外，新技术很容易实施，可以应用于所有类型的纳米器件，包括那些用石墨烯电极制造的器件。
能够采用化学和物理学概念设计一个分子电路，并让它具备一定的功能性，这是很令人惊异的。文卡塔拉曼说，由于尺度如此之小，量子力学效应绝对是这一器件的一个重要方面。因此，能够创建一个看不见却表现得与预期一致的东西，这是一个真正的成功。
研究团队目前正在努力理解这项成果背后的物理基础，并试图使用新的分子系统，进一步提高整流比。（来源：科技日报 陈丹）
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