研究示意圖。圖片來源：美國化學學會雜志

科技日報記者 劉霞

美國科學家在最新一期《美國化學學會雜志》上發(fā)表論文稱，他們研制出目前已知導電性最強的有機分子。這一突破為在分子尺度上構(gòu)建更小巧、性能更強大的計算設(shè)備提供了全新途徑。尤其值得注意的是，該分子由自然界中常見的碳、硫和氮等元素構(gòu)成。

自20世紀80年代以來，計算機芯片上的晶體管數(shù)量每兩年翻一番，使得設(shè)備不斷朝著更輕便、更高性能的方向發(fā)展。然而，硅基電子元件已逐漸逼近物理極限，進一步微型化面臨巨大挑戰(zhàn)。

為此，科學家將目光投向了分子材料，試圖尋找替代硅和金屬的導電方案。在最新研究中，來自美國邁阿密大學、佐治亞理工學院和羅切斯特大學的聯(lián)合團隊，報告了迄今導電性最強的有機分子。

研究團隊利用掃描隧道顯微鏡技術(shù)，精準捕獲單個分子并測量了其電導率。結(jié)果顯示，在該分子系統(tǒng)中，電子能像子彈一樣高速穿越分子，且?guī)缀醪粨p失能量，理論上實現(xiàn)了電子傳輸最高效率。這種特性不僅能大幅縮小未來電子設(shè)備的“體型”，其獨特的結(jié)構(gòu)還可實現(xiàn)硅基材料無法企及的功能。

這是首次證實有機分子的電子能在數(shù)十納米范圍內(nèi)無損遷移。此外，該分子在日常環(huán)境下表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性，有望為開發(fā)更節(jié)能、更經(jīng)濟的計算設(shè)備奠定基礎(chǔ)。

團隊進一步指出，這種分子的非凡特性或?qū)榱孔有畔⒖茖W帶來革命性突破。因為分子中觀察到的超高電導率源于其兩端電子自旋的協(xié)同作用，未來可能被用作量子比特。

該分子兼具化學穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性，可直接與現(xiàn)有芯片的納米電子元件兼容。其原料成本低廉，實驗室即可合成，且能實現(xiàn)傳統(tǒng)材料難以企及的功能。這些優(yōu)勢無需額外成本，就能讓計算設(shè)備變得更強大、更節(jié)能。

總編輯圈點

在后摩爾定律時代，人們希望通過全新原理、全新架構(gòu)的新型元器件提升芯片的算力和集成度，讓芯片更小也更強。這既是美好的期許，也是現(xiàn)實的需求。畢竟，我們需要計算的東西越來越多，但硅電子元件已趨近物理極限。此次，科研團隊報告了迄今導電性最強的有機分子，能在理論上實現(xiàn)電子傳輸?shù)淖罡咝省＿@有望將現(xiàn)有電子元器件體積大幅縮小，同時降低計算中心的能耗。不過，從發(fā)現(xiàn)新導電方案到生產(chǎn)實用產(chǎn)品，中間還有諸多鴻溝需要跨越。