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建更小巧、性能更強大的計算設備提供了全新途徑。尤其值得注意的是，該分子由自然界中常見的碳、硫和氮等元素構成。
自20世紀80年代以來，計算機芯片上的晶體管數量每兩年翻一番，使得設備不斷朝著更輕便、更高性能的方向發展。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。
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，精準捕獲單個分子并測量了其電導率。結果顯示，在該分子系統中，電子能像子彈一樣高速穿越分子，且幾乎不損失能量，理論上實現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備的“體型”，其獨特的結構還可實現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十納米范圍內無損遷移。此外，該分子在日常環境下表現出卓越的穩定性，有望為開發更節能、更經濟的計算設備奠定基礎。
團隊進一步指出，這種分子的非凡特性或將為量子信息科學帶來革命性突破。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同作用，未來可能被用作量子比特。
該分子兼具化學穩定性和空氣穩定性，可直接與現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，且能實現傳統材料難以企及的功能。這些優勢無需額外成本，就能讓計算設備變得更強大、更節能。
在后摩爾定律時代，人們希望通過全新原理、全新架構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，能在理論上實現電子傳輸的最高效率。這有望將現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，從發現新導電方案到生產實用產品，中間還有諸多鴻溝需要跨越。
