可以由外部电荷控制的分子移位寄存器

近年来，电子工程师一直在尝试创建分子级电子设备，即使用单分子的新型设备。为了使这些设备正常工作，科学家首先需要确定有效的方法来调节分子阵列的电子特性，到目前为止，这已经证明是相当具有挑战性的。

劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的研究人员最近推出了一种设计策略，用于调节石墨烯场效应晶体管内部分子阵列的电荷模式。在《自然电子》上发表的一篇论文中，他们提出了一种基于这种策略的分子移位寄存器，该寄存器是通过将有机分子高精度地定位在基于石墨烯的设备上而制成的。

监督这项研究的教授迈克尔·F·克罗米(Michael F. Crommie)告诉TechXplore：“制造功能性分子纳米结构的可能性启发了我们。” “我们的主要目标是制造可以通过外部信号(例如施加的栅极电压)轻松控制其状态的纳米机器。构建这种功能性纳米结构的一种方法是利用分子自组装的优势来创建交替充电/不充电的阵列分子，模仿了移位寄存器如何存储和操纵信息的某些方面。”

由Hsin-Zon Tsai和他的同事制造的分子移位寄存器是通过使用所谓的“边缘模板”自组装过程将有机F 4 TCNQ分子精确定位在石墨烯器件上而构建的。本质上，该设备通过静电背门对阵列中组织的分子充电，从而发挥作用。在特定的栅极电压下，这使得能够在分子之间产生交替的电荷模式(即，对阵列中的每个其他分子充电)。

蔡说：“我们发现操纵末端分子会导致所有分子的电荷状态发生翻转，从而导致整个阵列级联下降，从而使整个电荷模式移动一个分子。” “我们的设备是独特的，因为它是由有机分子制成的，其特征和功能可以通过现代有机合成的复杂技术进行定制。”

蔡和他的同事们最近的研究表明，如何利用自组装过程和带电分子之间的库仑相互作用来产生有效的纳米结构。只需通过背栅电极调节石墨烯费米能级，就可以在不同的电荷状态之间切换它们组装的分子阵列的电荷构型。

克罗米说：“人们可以想象，如何利用分子电荷状态作为逻辑位，通过自组装来构造其他基本电子元件，例如逻辑门。” “一个挑战是构造和排列纳米级读数以访问分子电荷状态。尽管在纳米级这很困难，但我们相信自组装将再次被证明是实现这一目标的有用工具。”

将来，这组研究人员研究的分子系统可能会为基于分子纳米结构的其他电子设备的创建提供信息。同时，蔡和他的同事计划进行进一步的研究，以创建更大，更复杂的纳米结构，这些纳米结构可以执行更复杂的任务，例如机电纳米机器。

“关于纳米世界的一个非常有趣的问题是，力和动量如何从量子力学描述的电子传递到更经典的更大物体，例如原子或分子，”富兰克林·刘(Franklin Liou)进行了研究。说出项目。“我们计划通过电流或静电门控处理石墨烯中的电子，然后用原子尺度显微镜测量所吸附的原子和分子的机械响应，从而解决这一问题。”

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