量子干涉可以产生更小、更快、更节能的晶体管

来自伦敦玛丽女王大学、牛津大学、兰开斯特大学和滑铁卢大学的一个国际研究团队开发了一种新的单分子晶体管，该晶体管使用量子干涉来控制电子流。发表在《自然纳米技术》杂志上的一篇论文中描述了这种晶体管，它为在电子设备中使用量子效应开辟了新的可能性

晶体管是现代电子学的基本组成部分。它们被用来放大和切换电信号，从智能手机到宇宙飞船，它们都是必不可少的。然而，传统的晶体管制造方法，包括将硅蚀刻成微小的沟道，已经达到了极限

随着晶体管越来越小，它们变得越来越低效，并且容易受到误差的影响，因为通过一种称为量子隧道的过程，即使在应该关闭的情况下，电子也会通过器件泄漏。研究人员正在探索新型的开关机制，可以与不同的材料一起使用来消除这种影响

Jan Mol教授、James Thomas博士及其在玛丽女王物理与化学科学学院的团队研究的纳米级结构中，量子力学效应占主导地位，电子表现为波而非粒子。利用这些量子效应，研究人员制造了一种新的晶体管

晶体管的导电通道是一种锌卟啉，一种可以导电的分子。卟啉被夹在两个石墨烯电极之间，当向电极施加电压时，可以使用量子干涉来控制通过分子的电子流

干涉是当两个波相互作用并相互抵消（相消干涉）或相互增强（相长干涉）时发生的现象。在新晶体管的情况下，研究人员通过控制电子在锌卟啉分子中流动时是相长干扰（开启）还是相消干扰（关闭）来打开和关闭晶体管

研究人员发现，这种新型晶体管的导通/截止比非常高，这意味着它可以非常精确地导通和截止。破坏性量子干涉在这方面起着至关重要的作用，因为当晶体管应该关闭时，通过量子隧道消除了泄漏的电子流。

他们还发现晶体管非常稳定。以前由单个分子制成的晶体管只能演示少数几个开关周期。然而，该装置可以在不发生故障的情况下运行数十万次循环

“量子干涉是一种强大的现象，有可能用于各种电子应用，”主要作者、玛丽女王大学量子技术讲师James Thomas博士说。“我们相信，我们的工作是实现这一潜力的重要一步。”

“我们的研究结果表明，量子干涉可以用来控制晶体管中的电子流，而且可以以一种既高效又可靠的方式来实现，”合著者Jan Mol教授说。亚阈值摆动越低，晶体管的效率就越高。

研究人员的晶体管的亚阈值摆动为140 mV/dec，这比其他单分子晶体管的亚阈摆动要好，与碳纳米管等材料制成的大型器件相当

这项研究仍处于初始阶段，但研究人员乐观地认为，新型晶体管可以用于制造新一代电子设备。这些设备可以用于各种应用，从电脑和智能手机开始，到医疗设备结束