美國哥倫比亞(Columbia)大學及勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)的研究人員首度成功調控由單一分子組成的整流器(rectifier)以及二極體(diode)的行為。該研究團隊表示，此成果對於邁向單分子電子學而言是重要的一步。 自從Aviram和Ratner於1974年提出第一個分子整流器後，分子電子學至今已有長足的進步。這類元件的關鍵是一個施體-σ-受體分子(donor-σ-acceptor molecule)，兩端對稱連接至金屬電極。這種施體-受體型二極體對於分子能階彼此之間及與電極間的相對能量高低極為敏感，因此難以控制。此外，為了產生整流效果，元件中加入了σ分子橋，這相當於在元件中加上很大的穿隧能障，導致接面電阻大增。結果，目前大部分的功能性單分子二極體的電阻值皆大於10 MΩ，不符實際應用需求。 雖然在過去幾年中，科學家們積極尋求能取代施體-受體型二極體的裝置，但最後僅能得到多分子式的元件。該類元件含有一非對稱的接觸接，電導性亦不佳。除外，元件的工作電壓超過1 V，因此在室溫下運作時特別不穩定。 最近，由Latha Venkataraman領導的上述研究團隊提出可能的破解之道，關鍵在於他們利用了高度導電性金-碳共價鍵所提供的分子接面電子性質。此新分子接面由一共軛分子作為骨架，兩端分別透過施體-受體鍵結及金-碳共價鍵各自連接至金電極。Venkataraman解釋，此金-碳共價鍵相當於金屬閘極和分子骨架之間的電子閘道。此新型分子二極體擁有高導電率，並且在低偏壓下就展現整流能力。最重要的是，此元件行為能有效且簡單地調控。 研究人員根據他們的理論預測設計了一系列三個元件。這三個元件都有上述的基本架構，差異在於施體-受體鍵的電子可穿透性(electronic transparency)，也就是元件骨架和施體-受體鍵之間的耦合程度的差別。研究發現當元件骨架和施體-受體鍵之間的耦合減少時，元件的整流能力會隨之增加。 團隊成員Arunabh Batra說明，此新研究顯示金-碳閘道可賦予分子接面可調控的性質，這種特性可加以應用並製作功能化裝置，此可調控二極體便是一例。該團隊目前正積極增加元件的整流比，並使得接面在較大偏壓時能更趨穩定。詳見Nano Lett. | DOI: 10.1021/nl403698m。 |