分子电子学与分子电子器件
分子材料知识点总结
分子材料知识点总结一、基本概念1. 分子材料的定义分子材料是由两个或更多个原子以共价键连接在一起的化合物。
在这些材料中，分子通常是由不同的原子组成，具有特定的化学结构和形态。
分子材料具有较高的分子量和相对较强的分子间相互作用力，因此在材料的性能和应用方面具有独特的优势。
2. 分子材料的分类根据化学结构和性质的不同，分子材料可以分为有机分子材料和无机分子材料两大类。
有机分子材料通常由碳、氢、氧、氮等元素组成，具有丰富的化学结构和性质；无机分子材料通常由金属和非金属元素组成，具有坚硬、稳定的特性。
3. 分子材料的特性分子材料具有许多特点，如高分子量、分子间相互作用力强、具有特定的化学结构和形态等。
这些特性决定了分子材料在材料科学领域的独特地位和应用价值。
二、分子材料的合成方法1. 有机分子材料的合成有机分子材料的合成通常采用有机化学合成的方法，包括加成反应、取代反应、氧化还原反应、缩合反应等。
常用的有机分子材料合成方法包括Friedel-Crafts反应、Wittig反应、Suzuki偶联反应等。
2. 无机分子材料的合成无机分子材料的合成通常采用固相合成、溶液合成、气相合成等方法。
其中，溶液合成是一种常用的方法，包括溶液沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
这些方法可以控制材料的形貌、尺寸和性能，具有重要的应用价值。
3. 高分子材料的合成高分子材料的合成通常采用聚合反应的方法。
聚合反应分为自由基聚合、离子聚合、酯基聚合、缩聚聚合等几种类型。
聚合反应可以通过化学合成或生物合成的方法实现，产生具有特定性能和应用的高分子材料。
三、分子材料的应用1. 电子器件分子材料在电子器件方面具有重要的应用，如有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）、柔性导电材料等。
这些器件具有轻薄柔性、低成本、高性能等优势，已经成为电子领域的研究热点。
2. 光学器件分子材料在光学器件方面也有广泛的应用，如有机太阳能电池、有机光电探测器、有机非线性光学器件等。
芳香性和反芳香性
04 芳香性和反芳香性的研究 进展
理论研究
01
分子轨道理论
通过分子轨道理论，可以解释芳 香性分子的电子结构特点和稳定 性。
特殊电子云分布
芳香性物质具有特殊的电 子云分布，使其具有特殊 的物理和化学性质。
芳香性化合物实例
苯
最典型的芳香性化合物之一，具有平面六元环 结构，π电子数为6，符合4n+2规则。
呋喃、吡咯、噻吩
这些化合物也具有芳香性，因为它们也具有平面结构， π电子数符合4n+2规则。
环戊二烯负离子
具有10个π电子，符合4n+2规则，因此也具 有芳香性。
光谱电化学技术
光谱电化学技术可以用来研究芳香性分子在电极 表面的吸附和电子传递过程。
应用研究
分子电子器件
芳香性分子在分子电子器件领域 有广泛的应用，如分子开关、分
子导线等。
化学传感器
芳香性分子可以作为化学传感器， 用于检测气体、液体和生物分子等。
药物设计
芳香性分子在药物设计中也有应用， 如抗癌药物、抗病毒药物等。
02
分子振动光谱
03
计算化学方法
利用分子振动光谱技术，可以研 究芳香性分子的振动模式和结构 稳定性。
通过计算化学方法，可以预测和 模拟芳香性分子的电子结构和性 质。
实验研究
核磁共振谱
核磁共振谱技术可以用来研究芳香性分子的核自 旋磁矩和化学环境。
X射线晶体学
X射线晶体学可以用来解析芳香性分子的空间结构 和分子间的相互作用。
D05.功能分子材料与器件
单元 D05-3：7 月 14 日上午 主持人：于贵 地点：会展酒店-鼓浪厅 09:00-09:15 D05-33 超分子受体光伏材料 薄志山 北京师范大学 09:15-09:30 D05-34 面向光学可擦写显示技术的结构色程序化调控 俞燕蕾 复旦大学 09:30-09:38 D05-35 二维层状半导体器件的基本科学问题研究 胡平安 哈尔滨工业大学 09:38-09:46 D05-36 Electron-Vibration Interaction in Molecular Electronic Devices 于曦 天津大学 09:46-10:01 D05-37 单晶复合有机光电功能材料 李寒莹 浙江大学 10:01-10:16 D05-38 二维共轭聚合物材料的多层级调控 张帆 上海交通大学
主持人：刘云圻 16:00-16:15 D05-11 二维杂化钙钛矿薄膜的形貌调控及其光伏器件 陈红征 浙江大学 16:15-16:23 D05-12 一种窄带隙强吸收聚合物受体 张志国 中国科学院化学研究所
16:46-17:01 D05-26 类皮肤柔性光电集成器件及其健康医疗应用 冯雪 清华大学 17:01-17:09 D05-27 绝缘层表面能对有机场效应晶体管载流子传输的直接影响 汤庆鑫 东北师范大学 17:09-17:24 D05-28 低电压/低功耗柔性离子敏感有机场效应晶体管 郭小军 上海交通大学 17:24-17:32 D05-29 高效钙钛矿发光 王建浦 南京工业大学 17:32-17:47 D05-30 有机太阳能电池中的微相结构调控与大面积柔性器件 魏志祥 国家纳米科学中心 17:47-17:55 D05-31 具备不同固定基团 OPE-TTF 十字形分子及其单分子器件 魏钟鸣 中国科学院半导体研究所 17:55-18:03 D05-32 有机场效应晶体管的性能调控方法与传感应用 黄佳 同济大学 18:03-20:30 晚宴
小分子有机半导体的应用前景
小分子有机半导体的应用前景随着计算机技术的快速发展，人们对于信息存储和传输的需求越来越高，传统的硅半导体已经不能满足人们的需求。
而小分子有机半导体正好能够填补这个空缺。
小分子有机半导体是指分子结构简单、分子中仅含有一个芳香环的有机分子。
相比于传统的硅半导体，小分子有机半导体具有制备成本低，可弯曲性好，可与多种材料相容等优点。
其应用领域广泛，将会深刻影响到我们的生活。
本文将就小分子有机半导体的应用前景进行探讨。
一、柔性屏幕小分子有机半导体的高弯曲性和高透明性，使其成为柔性电子学领域的重要材料。
相比于现有的硅基电子元件，小分子有机半导体材料可以更好地适应严格的曲面，制造出超薄、轻质、柔性、坚固和透明的电子器件，改变了传统电子元器件外形，为制造出如可怜、装备3C产品等新型设备提供了可能。
而无论是超大，还是近眼防蓝光等领域，都需要柔性屏幕的应用支持。
二、生物传感器小分子有机半导体的低成本和可弯曲性，使其成为生物传感器领域的重要材料。
采用这种材料制造的生物传感器可以实现对生理指标、化学成分、光学特性等多个指标的检测。
这种检测器具有极高的灵敏度、高分辨率和低工作电压，所以在医疗、环保、食品安全等领域都有重大的应用价值。
三、有机太阳能电池有机太阳能电池是指采用小分子有机半导体作为光电转换材料的电池。
相比于传统硅基电池，有机太阳能电池具有多层次的优点：成本低、生产工艺简单、柔性性强、瞬间响应时间短等。
尤其在目前全球节能减排、环保意识提高的背景下，有机太阳能电池的市场需求不断增加。
四、有机发光二极管有机发光二极管是一种利用电子与空穴在小分子有机半导体器件中的复合来发射光的半导体器件。
它具有高亮度，颜色饱和度高，制作简单，易于制造玻璃器件等多种优点，而且有机发光二极管器件主要由输运层、发光层和电极组成，只需通过波长调制，就可以实现颜色的变化，可以设计出各种形状、各种波长的器件。
而目前市场上的显示器、手机屏幕等都采用led背光源，而有机发光二极管作为下一代发光器件，具有广阔的市场应用前景。
ict分子内电荷转移
ict分子内电荷转移ICT是信息和通信技术的缩写，它涵盖了计算机网络、通信技术、软件开发等领域。
在ICT领域中，分子内电荷转移是一种重要的现象，它在材料设计、光电子学、生物医学等领域都有着重要的应用。
本文将介绍分子内电荷转移的概念、机制和应用。
分子内电荷转移是指分子内部由一个原子向另一个原子转移电子的过程。
在分子中，原子核周围的电子会围绕核心运动，形成分子的电子结构。
当分子受到外部刺激或环境变化时，电子可能会从一个原子跃迁到另一个原子，形成电荷转移。
这种电荷转移过程可以影响分子的性质和反应活性。
分子内电荷转移的机制主要包括电子转移和离子转移两种。
电子转移是指电子从一个原子跃迁到另一个原子的过程，形成带正电荷和带负电荷的离子。
离子转移是指原子之间发生电子的移动，使一个原子失去电子，另一个原子获得电子。
这种转移过程会改变分子的电荷分布，影响分子的性质。
分子内电荷转移在材料设计领域具有重要意义。
通过控制分子内的电荷转移过程，可以调控材料的光学、电学和磁学性质。
例如，一些有机分子通过分子内电荷转移可以实现光电子器件的设计，提高器件的性能和稳定性。
另外，分子内电荷转移还可以用于设计新型的光敏材料和传感器，应用于生物医学和环境监测领域。
在光电子学领域，分子内电荷转移也扮演着重要角色。
一些分子具有光致变色性质，当受到光照后会发生电荷转移，导致分子结构的改变，从而实现颜色的变化。
这种现象被广泛应用于光存储、光开关和光传感器等领域。
通过理解和控制分子内电荷转移的机制，可以设计出更加高效和稳定的光电子器件。
分子内电荷转移是一种重要的物理现象，它在材料设计、光电子学、生物医学等领域都有着广泛的应用前景。
通过深入研究分子内电荷转移的机制和特性，可以为新型材料的设计和光电子器件的开发提供重要的理论基础和技术支持。
希望在未来的研究中，能够进一步探索和利用分子内电荷转移的潜力，推动相关领域的发展和创新。
纳米电子学
参考文献
薛增泉,纳米电子学,现代科学仪器, 1-2(1998),8-12,16. S.Bandyopadhyay et a1.Nanostructure physics and fabrication,Ed.by M.A.Reed and W.P.Kirk,Academic Press Inc.Boston,(1989)183． 刘长利等,纳米电子技术的发展与展望,微纳电子技术， 48(10),(2011),617-622. 杜磊,庄奕琪,纳米电子学ppt 蔡理等单电子晶体管(SET)及其应用,空军工程大学学 报,3(6),(2002),60-63. 李和委等纳米电子器件,半导体情报,36(5),(1999),1-15. ......
纳米电子器件
纳米器件尺寸在1--100nm范围内，空间尺 度上介于微观体系和宏观体系之间，通常 称其为介观体系。纳米电器件工作原理通 常以电子在器件结构中的运动方程来描述， 也就是说以电子传输方程描述。其电子运 动遵从量子力学原理，需要用量子力学理 论来描述。
纳米电器件的尺度范围分界
Moore定律提出后，曾有相当一部分人认为下一代器件是分子电子器件，其理论 基础是分子电子学。经过几年的工作逐渐认识到，在微电子器件与分子电子器件 之间，可能有个过渡——纳米电子器件，即信息加工的功能元件不是单个分子， 而是原子团，即有限个原子构成的纳米尺度体系(含102～109个原子)。这样，就 从两个方向发展，一是微电子器件的尺寸不断减小下去；二是基于有机高分子和 生物技术的分子组装功能材料，使其尺寸不断大起来。
Байду номын сангаас
单电子晶体管
上图是单电子晶体管I-V特性曲线。图中粗线表示单 电子晶体管的漏极电流曲线，细线则表示单电子晶体 管的电导曲线。由图可见，在漏极电压0—-0.75V的 测量范围内，电流曲线中出现4个150mV等距离的库 仑台阶，电导曲线中出现同样4个150mV等距离库仑 振荡峰值，这就表示电子在单电子晶体管中的流动是 一个一个量子化的。为了得到库仑台阶和库仑振荡特 性，实际结构中两个隧道结是非对称的，因为构成隧 道结的两条TiOx线的宽度分别为18nm和27nm。根 据库仑台阶和库仑振荡间隔的测量结果，估计出隧道 电容和栅极电容分别为3.6×10-19F和3.5×10-19F。
分子纳米科学的基础与应用
分子纳米科学的基础与应用分子纳米科学是一门通过控制和利用纳米级别的分子自组装，研究和开发新的纳米材料和器件的学科。
它涵盖了化学、物理、生物学、材料学等多个领域，是当前国际科技竞争的重要方向之一。
分子纳米科学技术的发展已经深入到各个领域，如电子、材料、生物、医药、环保等。
一、分子纳米科学的基础在理解分子纳米科学之前，有必要对其基础进行一定的介绍。
1. 微观世界的尺度分子纳米科学的研究对象是微观世界，其尺度远远小于我们的常规物理所能理解的尺度。
在微观世界中，分子、原子和纳米粒子是最基本的组成部分。
它们发生互动和组装，最终形成大分子、晶体、液滴等宏观物质。
2. 自组装分子纳米科学的基础之一是自组装。
自组装是指分子、原子、离子等微观粒子以自发的方式彼此组成功能亚微米和纳米尺度的结构和设备。
利用自组装可以构建无限种类、性质各异的材料和器件，如超薄薄膜、纳米线、纳米管、量子点和染料敏化太阳能电池等。
3. 分子与材料分子是构成材料的基本组成单位。
分子的内部结构决定了其在宏观世界的性质。
如何在分子级别上进行材料设计、构造和控制，是分子纳米科学的一个关键问题。
一方面，把单个分子作为材料的组成部分，可以创造出新型材料，还可以实现单分子的特定功能。
另一方面，通过对分子内部结构的调控，可以有效地改善材料的性能。
二、分子纳米科学的应用分子纳米科学相关的技术和应用已经深入到各个领域，具有重要的应用前景。
以下是分子纳米科学的几个典型应用：1. 新兴电子器件分子纳米科学为新型电子器件的研发提供了新思路和工具。
分子纳米电子学已经成为一个独立研究领域，其主要目标是开发基于分子和纳米级别的电子器件和系统，如分子场效应晶体管、分子 LED 、分子传感器和纳米电子线路等。
2. 生物医学应用分子纳米科学技术有着广泛的生物医学应用。
纳米颗粒具有比细胞更小的尺寸和出色的细胞靶向性，可以作为药物载体用于靶向治疗和指导治疗。
利用分子纳米科学技术，可以制备出多孔、高生物相容性的材料，用于再生医学和组织工程。
柔性电子学与生物芯片技术的发展
柔性电子学与生物芯片技术的发展近年来，随着电子技术和生物技术的融合，柔性电子学和生物芯片技术成为了科技界的研究热点。
柔性电子学是一种新型电子技术，它能够将电子器件与柔性基底结合，使其产生弯曲变形等柔性变化，从而适应不同的应用环境。
而生物芯片技术则是通过微电子技术将生物物质固定在芯片上，实现对生物体系进行监测和控制。
本文将探讨柔性电子学和生物芯片技术的发展现状及其前景。
一、柔性电子学的发展现状众所周知，传统的电子器件一般都是硬性的，无法弯曲和变形，而柔性电子学正是一种新型的电子技术，可以将电子器件与柔性基底结合，使其具有弯曲性和变形性。
柔性电子学技术可以用于生物医疗、智能穿戴、可穿戴设备、灵活显示等领域。
目前，柔性电子学技术已经取得了不少进展。
例如，已经开发出了高度柔性、可拉伸、重复性极好的柔性电子器件，并且在实际应用中表现出了出色的稳定性和可靠性。
与此同时，柔性电子器件也逐渐实现了与硬性电子器件的完美融合，例如可以将柔性器件与传统的芯片组合，来实现高强度的数据传输等。
二、生物芯片技术的发展现状生物芯片技术是一种集微电子技术、生物技术和信息技术于一体的交叉领域。
将生物物质（如DNA、蛋白质、细胞等）与芯片材料（玻璃、硅片等）结合起来，形成一种新的检测工具或生物材料储存器。
生物芯片技术可广泛应用于生物学研究、临床医学、药物研发等领域，可以实现个性化医疗、癌症早期诊断、疾病的分子级治疗等目标。
目前，生物芯片技术已经得到了广泛的应用和研究。
例如，以基因芯片为例，其可以大大加快基因测序的速度和效率，同时可以在短时间内分析数以千计的基因，从而应对癌症、心血管疾病、糖尿病等多种疾病的序列分析和分子诊断。
此外，生物芯片技术还可以用于感染性疾病和性病等多种领域的诊断以及药品的研发和评估。
三、柔性电子学与生物芯片技术的结合柔性电子学和生物芯片技术互相结合可以产生更具有发展前景的新技术。
例如，可以将柔性电子技术应用到生物芯片中，使其具有更好的柔性、强韧性和更大的适应性，从而更好地适应于生物体系，以改善监测和控制的效果。
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文章编号:1671-9352(2002)04-0339-04
分子电子学与分子电子器件张宏川 崔学桂 姜建壮(山东大学化学与化工学院,济南 250100)
摘要:介绍了分子电子学与分子器件研究领域的最新进展,展望了分子电子学的发展前景,提出了一些新的想法和建议.
关键词:分子电子学;分子电子器件;分子电子学进展中图分类号:O621.3;TN4 文献标识码:A
收稿日期:2002-04-24
基金项目:国家自然科学基金“手性及巨型三明治酞菁稀土配合物及其纳米材料的合成、结构和表征”(20171028)、国家科技部“973”项目“纳电子运算器材料的表征与性能基础研究”(2001CB6105-04,2001CB6105-06)和山东省自然科学基金重点项目“卟啉酞菁基分子材料”(Z99B03)资助课题
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作者简介:张宏川(1978-),男,硕士生,从事分子材料和分子电子器件的研究.
MolecularElectronicsandMolecularElectronicDevicesZHANGHong-chuan,CUIXue-gui&JIANGJian-zhuang(FacultyofChemistryandChemicalTechnology,ShandongUniversity,Jinan250100,China)
Abstract:Thenewprogressofmolecularelectronicsandmolecularelectronicdevicewasintroducedtogetherwiththepotentialde2velopmentandapplicationofthisrapidly-growingfieldinfuture.Keywords:molecularelectronics;molecularelectronicdevice;developmentofmolecularelectronics
分子电子学研究的是分子水平上的电子学,其目标是用单个分子、超分子或分子簇代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路,乃至组装完整的分子计算机.它的研究内容包括各种分子电子器件的合成、性能测试以及如何将它们组装在一起以实现一定的逻辑功能.同传统的固体电子学相比,分子电子学有着强大的优势.现行的微电子加工工艺在10年以后将接近发展的极限,线宽的不断缩小将使得固体电子器件不再遵从传统的运行规律;同时,线宽缩小也使得加工成本不断增加.分子电子学有望解决这些问题.在奔腾电脑芯片中1cm2的面积上可以集成107～108个电子元件,而分子电子学允许在同样大小的面积上集成1014个单分子电子元件[1],集成度的提高将使运算速度极大的提高.同时,由于分子电子学采用自下而上的方式组装逻辑电路,所使用的元件是通过化学反应大批量合成的,所以生产成本与传统的光刻方法相比将大大缩减.目前,为了抢夺未来科技的制高点,许多发达国家都制定了发展纳米电子学和分子电子学的专项计划,投入了巨大的人力物力,同时也取得了一系列的突破.2001年12月21日,美国《科学》杂志将分子电子学所取得的一系列成就评为2001年十大科技进展之首[2].
1 分子电子器件1.1 分子导线同现行的以硅基半导体为基础的微电子学一样,分子导线、分子开关、分子整流器和分子场效应管也是构成分子电子学的基本器件.其中有效的分子导线是实现分子器件的关键单元.分子导线必须满足下列条件[3]:①导电;②有一个确定的长度;③
第37卷 第4期Vol.37 No.4山东大学学报(理学版)JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITY2002年8月August2002
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.含有能够连接到系统单元的连接点;④允许在其端点进行氧化还原反应;⑤与周围绝缘以阻止电子的任意传输.目前研究的分子导线多是具有大∏共轭体系的有机分子长链.Tour所描述的方法(图1)[1]可用来合成各种有确定长度的分子导线(图2).在这种方法中,分子的长度在每一步反应中都成倍增长;并且,由于产物的链长总是比原料增加一倍,所以很容易分离提纯.得到所需的长度后,还可在分子的末端加上某些可以起到鳄鱼夹作用的基团(如SH等),以便同金属电极或其它功能分子连接.
图1 分子导线的合成Fig.1Synthesisofmolecularconductingwires
图2 分子导线Fig.2Akindofmolecularconductingwire
使用两端都带有活性基团的初始反应物,分子链可以同时向两个方向生长[1].这种方法允许在分子导线中插入不同的功能单元以实现特定的功能.当分子导线中含有不同的结构单元而形成分子节时,其I-V曲线是非线性的.具有大∏共轭体系的卟啉环是构造分子导线的理想单元.Anderson曾以卟啉环为基本单元合成链状共轭结构[4],以卟啉为中心功能单元,两端带有鳄鱼夹的分子导线也已合成出来[5].最近,Tsuda等报道了共轭的带状卟啉聚合物的合成和性能[6],其中的卟啉单元之间以三个单键相连,所有的卟啉环都处在同一平面上,随链长的增加,聚合物的紫外-可见-近红外光谱吸收峰发生红移,丢失一个电子的氧化电势也随之降低,说明其共轭程度增加.这些性质都表明这种低聚物将是极有前景的分子导线.然而必须提及的是,与分子导线的合成相比,其导电性能的测试难度则要大得多.Bumm[7]等人用STM测量了分布在不导电的十二硫醇自组装单层膜中的4-(4-苯乙炔基)苯乙炔基苯硫醇衍生物单分子的导电性.被测分子进入到十二硫醇自组装单层膜的“晶界”中,并通过S原子吸附在基片上,不同的被测分子之间被不导电的十二硫醇隔开,相互之间不会产生影响.由于被测分子是高出十二硫醇分子膜的,通过STM可以确定被测分子的确切位置,从而可以测量其电学性质.测量结果表明,被测分子确实要比十二硫醇的导电率高得多.在另一篇报道中[8],Reed等将单分子的电流更精确地测量出来.实验者将一根金线浸泡在1,4-苯二硫醇的THF溶液里,金线的表面将吸附一层该分子的SAM,缓慢拉伸金线,并最终使其断裂,于是便产生两个靠得很近的针尖,操纵针尖缓慢靠近,直到有一个1,4-苯二硫醇分子跨接到两个针尖之间,然后便可以测量它的导电性质了.测试表明,一个1,4-苯二硫醇分子可以允许0.1mA的电流通过.
1.2 分子开关分子开关是指一种具有双稳态的分子,通过施加一定的影响,如光照、氧化还原、酸碱性的改变等,
分子可以在两种状态之间进行可逆转换,这两种状态由于电阻的高低不同而对应于电路的通断.
轮烷和索烃是目前人们研究较多的两类双稳态分子.轮烷由一个环状的部分和一个棒状的部分组成,环可以以棒为轴进行旋转或沿棒的方向滑动,棒的两端带有位阻较大的集团可以阻止环的脱落.若在棒上引入两个不同的位点,当环停留于这两个不同的位点时,就对应了两种不同的状态.电化学或化学环境诱导的轮烷分子开关早已报道[9].
索烃由两个套在一起的环组成,两个环之间可以发生转动.在其中的一个环上引入不同的位点,
同样可以构成双稳态分子开关.Collier等人在2000
年的一篇报道中[10],将一种具有双稳态的索烃组
装为LB膜,并夹在两个电极之间,在±2V电压作用下,索烃分子膜可以进行可逆的开关.开关打开时,
电路可以在0.1V电压下导通,而在开关关闭时,电路不能在0.1V电压下导通.
043山 东 大 学 学 报(理学版)第37卷© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1.3 分子整流器与场效应晶体管可以说分子电子学的起源便是1974年Aviram
和Ratner关于分子整流器设想的提出[11].他们描述
了由有机电子给体和受体桥连而成的分子耦合在两个金属电极之间时,其I-V曲线与通常的电子整流器相类似.1993年,Ashwell等人利用LB膜技术以有机材料做成只有几个分子厚的薄层,能像整流器那样,只允许电流单方向流动,并从实验上证明了这种整流器的本质来源于分子作用[12].中科院化学所
刘云圻等合成了一系列含有电子给体(-NH
2,-t-
butyl等)和电子受体(-NO2,CN等)的不对称酞菁,将它们组装为LB膜,并利用STM技术测量了它们的I-V曲线[13,14],证实了该类单酞菁分子也具有
整流器的性质.
场效应晶体管(FET)可以说是计算机中最关键的元器件,它不仅具备开关的功能,还必须具备增益的功能,以维持电路中电信号正常的电平.但是,由于场效应晶体管需要有三个终端,所以很难将器件做到分子水平.人们首先在碳纳米管方面获得了突破,制成了由单个碳纳米管构成的场效应管[15],进
而随着电极制作技术的发展[16],人们又制成了由单
个C60分子构成的场效应管[17],最近,又有两例单分
子场效应管见诸报道[18,19].这两则报道之一描述了
一个中心离子为Co的配合物分子连接在两个相隔1～2nm的金电极之间构成的场效应管,另一则报道则是一个含有两个V离子的配合物分子连接在两个金电极之间构成的.这两种场效应管都可以通过调节门电极的电压改变导电机理,从而改变电导率.
1.4 分子电路分子电子学最大的难题就是如何将分子器件组装为逻辑电路并与宏观世界相连接.纳米管和纳米线由于它们的长度相对较长因而比较容易进行组装,所以人们首先用纳米线和纳米管成功组装了有一定复杂程度的逻辑电路[20,21].进而,人们组装了
包含有机分子的逻辑电路.这种可以作为存储器的电路[22]使用了微流体技术.使用这种技术可以得到由多根纳米管组成的平行阵列,然后在这一层纳米管上面可以附上一层具有分子开关功能的单分子膜,再用微流体技术在垂直于底层纳米管的方向上沉积一层纳米管.这样,在每一个上下两根纳米管的交叉点上都有一束有机分子将两根纳米管连在一起.所用的有机分子可以用作分子开关,整个器件便可以用作可进行寻址的存储器.
2 与分子电子学相关的新技术分子电子学的蓬勃发展,离不开一系列新技术的发展,这其中包括分子自组装技术、微流体技术、电场辅助组装技术、纳米电极制作技术等等.
2.1 分子自组装技术目前,在分子电子学领域,大多数有机分子同电极的连接都是通过自组装过程来完成的.自组装单分子膜特别是巯基分子在金电极表面形成的自组装单分子膜在分子电子学的研究中起着重要的作用,
未来的分子计算机最有可能的实现方式也是通过分子自组装.然而,分子自组装虽然可以提供大范围的有序结构,可是却会存在很多结构缺陷.即使在一个生长完好的自组装分子列阵里面,缺陷的密度也会达到(1～5)%,这意味着将有(50～90)%的区