英特尔联合创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)注意到半导体技术的惊人进步，他提出每年芯片上的晶体管数量将增加一倍，这一观察结果自1965年他提出索赔以来就已经出现。尽管如此，摩尔不太可能拥有预见到目前正在进行的电子革命的范围。

如今，正在开发出具有独特性能的新型设备。随着超小型化的不断发展，研究人员开始探索在分子尺度上发生的物理和化学特性的交叉。

这一快节奏领域的进步可以改进数据存储和信息处理设备，并有助于开发分子开关等创新。

Nongjian“NJ”Tao和他的合作者最近描述了一系列通过单分子进行电导的研究。以这种无限小的规模创造电子产品提出了许多挑战。在极小的世界中，量子世界的独特属性占据主导地位。在这里，作为电流流动的电子表现得像波一样，并且受到称为量子干涉的现象的影响。操纵这种量子现象的能力可以帮助打开具有不寻常特性的新型纳米电子器件的大门。

“我们感兴趣的不仅是测量单个分子中的量子现象，还要控制它们。这使我们能够理解分子系统中的基本电荷传输并研究新的器件功能，”Tao说。

Tao是生物电子学和生物传感器生物设计中心的主任。在“自然材料”杂志上发表的一项研究中，来自日本，中国和英国的陶和同事概述了当一股电流通过微小结构时，一个有机分子悬浮在一对电极之间的实验。

研究人员通过分子探索电荷传输特性。他们证明了电子的幽灵般的波状特性 - 称为量子干涉 - 可以在分子的两种不同配置中精确调制，称为Para和Meta。

事实证明，量子干涉效应可以引起分子级器件的电导特性的显着变化。通过控制量子干涉，该组显示单个分子的电导可以微调两个数量级。精确和连续地控制量子干涉被视为未来开发高速和低功率的大范围分子级电子器件的关键因素。

这种单分子器件可能充当晶体管，导线，整流器，开关或逻辑门，并可能进入未来应用领域，包括超导量子干涉器件(SQUID)，量子加密和量子计算。

对于目前的研究，使用了可以出现在不同构型中的分子 - 环状碳氢化合物，因为它们是用于模拟分子电子学行为的最简单和最通用的候选者，并且是观察量子干涉效应的理想选择。纳米尺度。

为了探测电荷通过单个分子的方式，进行了所谓的断裂连接测量。测试涉及使用扫描隧道显微镜或STM。研究中的分子在金底物和STM装置的金尖端之间保持平衡。STM的尖端反复进入和脱离与分子的接触，在电流通过每个端子时断开和重整结。

记录了数千个电导与距离迹线，用于实验的两个分子的特定分子特性改变了通过结的电子流。“Para”构型的分子显示出比“Meta”形式的分子更高的电导值，表明分子中的构造性和破坏性量子干涉。

使用称为电化学门控的技术，研究人员能够连续控制电导两个数量级。过去，改变量子干涉特性需要修改用于器件的电荷携带分子。目前的研究标志着单个分子中电导调节的第一次。

正如作者所指出的那样，分子尺度的电导受到涉及分子电子轨道的量子干涉的敏感影响。具体而言，最高占据分子轨道或HOMO与最低未占分子轨道或LUMO之间的干扰似乎是单分子中电导的主要决定因素。使用电化学栅极电压，可以精细地调整分子中的量子干涉。

研究人员能够在理论计算和实验结果之间表现出良好的一致性，表明HOMO和LUMO对电导的贡献对于Para分子是累加的，导致相长干涉，对Meta进行减法，导致破坏性干扰，就像波浪一样。根据它们的相位，水可以结合形成更大的波浪或相互抵消。

虽然先前已经进行了通过单分子的电荷传输的理论计算，但实验验证不得不等待纳米技术，扫描探针显微镜以及形成分子与金属表面的电功能连接的方法的许多进展。现在，由于能够通过操纵量子干涉巧妙地改变电导，分子电子学领域可以进行广泛的创新。