内蒙古大学：《无机化学》课程教学资源（学习资料）纳米给人的新希望

纳米给人的新希望 拥有一台只有手掌大小的超级电脑或许仍是个遥不可及的梦想,不过来自美国及荷 的最新研究结果,使人们朝这个目标迈出了重要的一步。 当你我可能还为着广告中那即薄又轻的笔记型电脑钦羡不己的时候,科学家早已把目 光放在纳米尺度的电子元件上。虽然早在1974年, Aviram和 Ratner便提出了分子级电 子元件( molecular electronic device)的概念,直到最近几年,科学家才知道如何以碳纳米 管( carbon nanotube)、纳米线( nanowire)或有机分子建构导线、开关等单一电子元件。 而根据在几周前的 Science的一篇文章,荷兰 Delft University of Technology的ces Dekker所带领的研究小组已成功地利用碳纳米管制作了好几种数位逻辑运算电路。在同 期的 Science中的另一篇文章,哈佛大学的 Charles lieber率领的研究小组则以奈米线及完 全不同的建构哲学制作了类似的逻辑电路 事实上,以碳纳米管制作电晶体乃至逻辑电路并不是头一回。 Dekker的实验室在1998 年即领先全球造出第一个碳纳米管电晶体。今年六月,IBM的研究人员则发表了以碳纳米 管制作的NOT逻辑闸。不过, Dekker等人这次利用他们先前的研发成果作出了更多不同 的逻辑电路。这其中包括了随取记忆体(RAM的记忆单位( memory cell)。 不过碳纳米管电路的前景却有个隐忧。那就是取决于几何结构的细微差异(记住!我 们所谈的尺度是纳米。)碳纳米管可为导体,亦可为半导体。而制作电晶体的碳纳米管则必 须是半导体。但是,现今合成碳纳米管的方法并无法有效地控制生成物的电性。 相较之下, Lieber的硏究小组对他们所采用的纳米线的电性有非常好的控制。他们首 先以硅和氮化镓(GaN)分别生成p型及n型的半导体纳米线,再将它们垂直交叉。每个 交叉点相当于一个电晶体,故把这些点适当地联结起来可形成逻辑电路。值得注意的是 不同于前者利用蚀刻( lithography)来建构电路, Lieber等人是使用组合( assembly)的方 式。这种由下而上( bottom-up)的建构哲学将使他们得以大量地制造及测试所生产的电路 当然现在谈量产上述电路是不合实际的,毕竟还有很多复杂的细节须要克服。但是毫 无疑问地,纳米级电子学(nano- electronics)的实现不再是空谈 取材自:1. Nature Science Update: a little logic goes a long way

纳米给人的新希望 拥有一台只有手掌大小的超级电脑或许仍是个遥不可及的梦想，不过来自美国及荷兰 的最新研究结果，使人们朝这个目标迈出了重要的一步。 当你我可能还为着广告中那即薄又轻的笔记型电脑钦羡不己的时候，科学家早已把目 光放在纳米尺度的电子元件上。虽然早在 1974 年，Aviram 和 Ratner 便提出了分子级电 子元件 (molecular electronic device) 的概念，直到最近几年，科学家才知道如何以碳纳米 管 (carbon nanotube) 、纳米线 (nanowire) 或有机分子建构导线、开关等单一电子元件。 而根据在几周前的 Science 的一篇文章，荷兰 Delft University of Technology 的 Cees Dekker 所带领的研究小组已成功地利用碳纳米管制作了好几种数位逻辑运算电路。在同一 期的 Science 中的另一篇文章，哈佛大学的 Charles Lieber 率领的研究小组则以奈米线及完 全不同的建构哲学制作了类似的逻辑电路。 事实上，以碳纳米管制作电晶体乃至逻辑电路并不是头一回。Dekker 的实验室在 1998 年即领先全球造出第一个碳纳米管电晶体。今年六月，IBM 的研究人员则发表了以碳纳米 管制作的 NOT 逻辑闸。不过，Dekker 等人这次利用他们先前的研发成果作出了更多不同 的逻辑电路。这其中包括了随取记忆体 (RAM) 的记忆单位 (memory cell) 。 不过碳纳米管电路的前景却有个隐忧。那就是取决于几何结构的细微差异 (记住！我 们所谈的尺度是纳米。)碳纳米管可为导体，亦可为半导体。而制作电晶体的碳纳米管则必 须是半导体。但是，现今合成碳纳米管的方法并无法有效地控制生成物的电性。 相较之下，Lieber 的研究小组对他们所采用的纳米线的电性有非常好的控制。他们首 先以硅和氮化镓 (GaN) 分别生成 p 型及 n 型的半导体纳米线，再将它们垂直交叉。每个 交叉点相当于一个电晶体，故把这些点适当地联结起来可形成逻辑电路。值得注意的是， 不同于前者利用蚀刻 (lithography) 来建构电路，Lieber 等人是使用组合 (assembly) 的方 式。这种由下而上 (bottom-up) 的建构哲学将使他们得以大量地制造及测试所生产的电路。 当然现在谈量产上述电路是不合实际的，毕竟还有很多复杂的细节须要克服。但是毫 无疑问地，纳米级电子学 (nano-electronics) 的实现不再是空谈。 ——取材自: 1. Nature Science Update: A little logic goes a long way

2. Enhanced: Toward Nanocomputers Greg Y. Tseng and James C Ellenbogen, Science Nov 9 00l:1293-1294

2. Enhanced: Toward Nanocomputers. Greg Y. Tseng and James C. Ellenbogen, Science Nov 9 2001: 1293-1294