【最新科研】量子干涉-单分子晶体管

张明 2024-03-26

在纳米电子器件中，量子效应有望产生经典电子元件无法实现的新型功能。然而，量子行为也提出了尚未解决的挑战，即在几纳米尺度上，电子面临的挑战：由于量子隧道效应，电阻通道开始泄漏。这会影响纳米级晶体管的性能，直流电源-漏极隧道效应会降低开关比和亚阈值摆幅，并最终由于静态功耗增加而限制工作频率。

减轻量子效应的通常策略是增加器件的复杂性，但理论表明，如果可以在分子级电子学中，利用量子效应，有望提供降低能耗和提高器件性能的新途径。

今日，英国牛津大学（University of Oxford）Zhixin Chen，Harry L. Anderson & James O. Thomas等，在Nature Nanotechnology上发文，实验演示了这些量子效应，展示了当电阻通道包含两个相消干涉波时，分子晶体管的性能是如何提高的。

在三终端three-terminal晶体管中，锌卟啉与石墨烯电极耦合，表现了>10E4的电导开关比、热离子极限的亚阈值摆幅、>7kHz工作频率和>10E5次循环稳定性。完全映射了电导中的反共振干涉特征，通过密度泛函理论计算，再现了这些行为，并将高性能追溯到分子轨道和石墨烯边缘态之间的耦合。

这些结果展示了，纳米尺度电子传输的量子性质，增强而不是降低器件性能，并突出了微型化电子器件的未来发展方向。