Introduction to Molecular Electronics 分子电子学简介

第24卷　第3期大学化学2009年6月今日化学单分子电子器件概况及其研究进展曹阳　刘松　申茜　甘霖　郭雪峰3(北京大学化学与分子工程学院　北京100871) 摘要　分子电子学自诞生之日起迅速发展,已成为一门21世纪的前沿强交叉基础科学,受到了人们的广泛关注。

本文概述了分子电子学的发展和研究内容,以及最新研究进展,并对今后的前景进行了展望。

1959年,美国物理学家Feynman发表了题为“在底部有很大空间”的著名预言,提出了与传统“t op2do wn app r oach”加工材料和器件截然不同的方法,打开了科学家们的视野。

20年后,美国西北大学Ratner教授提出了第一个分子整流器的理论模型[1],正式标志分子电子学的诞生。

时至今日,在以硅为基础的半导体器件微小化的潮流中,在半导体器件内在物理尺寸的量子效应限制的推动下,分子电子学的研究取得了举世公认的重大突破,被普遍认为是21世纪的主要研究领域之一,是下一代工业革命(“分子电子”工业)的原动力[224]。

与传统的从宏观到微观的微加工技术相反,分子电子学的研究主要是从微观到宏观的角度,对功能分子材料在分子尺寸范围内实现对分子电子运动的控制,包括功能分子的设计、合成,晶体生长,有序薄膜制备、结构、性能研究,特殊的物理化学现象和过程的研究,分子器件的组装以及相关科学问题的研究。

它能够在分子或超分子层次上完成对光、电、磁、热、离子、机械和化学信号等的检测、转换、储存、处理和传输,涉及化学学科的各个分支以及物理学、电子学和生物学等多个学科,是一门前沿的强交叉基础科学[5212]。

而利用功能单分子构建光电子器件是纳米科技和分子电子学研究的最终目的之一。

众所周知,21世纪电子科学的研究主题之一就是将传统的以硅为基础的电子器件微小化到纳米尺寸。

实际上,在过去50年内,传统的光电子器件的尺寸微小化发生了根本性的变化。

举个例子,根据著名的Moore定律[13],晶体管的尺寸随着时间在以指数的速率减小,目前最小的晶体管的尺寸为16n m左右。

不要再浪费时间---阅读文献技巧不要再浪费时间1。

由点到面。

选工作实践中的疑点，热点，由一个小枝节，检索较全的文献，一般近期的20 篇左右已经相当多了。

之所以不必在意3年以前的，是因为知识更新非常快，且网上能查到的多为近几年的全文。

学习别人是怎么发现解决问题的。

知道目前对这个问题的共同看法，和分歧。

然后，扩展开，根据兴趣和研究的目的，知道，在研究的领域：谁的文章被引用的次数多，谁的文章最多最新最有启发性。

去图书馆找他的文章看全文。

逐步扩展自己的视野，构建个人的专业知识结构和看法。

2。

由杂到精。

有了一定的知识基础以后，对于繁杂的文献，要有个人的判断。

追踪某个专题、某个专家的研究进展，比较对于同一专题的论点的发展，掌握其新的方法或新结论，或注意作者观点的改变，探究其原因。

培养个人的学术修养。

对于高质量高水平的期刊，定期浏览，从面上了解学术进展和热点，根据个人的兴趣和工作进展，逐篇仔细阅读新作.3。

好记性不如烂笔头。

无论是工作中的点滴发现，思想火花，都应该写下来。

我和王忠诚院士、顾玉东院士的接触中，发现他们都有记卡片的习惯。

病例随访、文献观点，等等。

到写作文章时，都是现成的材料。

现在有了电脑，但是写文献综述是一个完善知识结构的好方法。

随时记下论点，个人心得，会有事半功倍的成绩。

无论写在纸上，还是记载在电脑内，都应该有一个记事簿，并且经常整理。

在这里介绍一款文献管理软件，具有笔记功能，可以随时记录自己对于正在阅读文献的思考，并且可以与当前文献联系起来：免费下载地址:/support/cgi-bin/download_chs.cgi技术支持地址:/supportcn/cgi-bin/forum_show.cgi4。

对于下载的文献，要以其内容建立以专题杂志按时间先后的专门分类。

哪些需要仔细阅读并保存，哪些用处不大，待删除，哪些需要阅读却尚未阅读。

以后想到时，还能及时找到。

5。

天天学习。

文献天天有。

如果只作为一个收藏家，就失去了研究的意义。

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Electrical Experiment计算方法 Computing Method哲学 Philosophy数据库概论 Introduction to Database毕业论文 Graduation Thesis。

The Chemistry of Molecular Electronics分子电子学是一种新兴的交叉学科，将化学、物理学和电子学相结合，旨在开发功能强大的化学电子设备和分子电子器件。

它以分子为基础，利用一系列化学反应和材料科学技术，来创建小型、高效、高密度和低功率电子设备。

在这篇文章中，我们将深入探讨分子电子学的基础知识和应用领域。

第一部分：分子电子学的基础1.分子电子学是什么？分子电子学是研究分子和分子间相互作用的电子学。

相对于传统电子学中的半导体和金属材料，分子电子学研究的对象是可以在分子尺度上控制、变化和操作的有机分子和大分子。

这使得我们在设计和制造电子设备时可以更加灵活和高效。

2.分子电子学的历史分子电子学是从1974年诺贝尔化学奖获得者阿莱克斯·穆勒(Alex Müller)的研究开始的。

他在20世纪60年代研究了超导体，大胆预测了超导体分子间的相互作用对材料性能的影响。

这一预测证明了正确，并为开发分子电子学奠定了基础。

自此之后，分子电子学在化学和电子学领域得到了广泛的研究和应用。

3.分子电子学的基础理论分子电子学的基础理论主要包括量子力学、化学平面和分子电荷转移。

量子力学提供了用精确的数学方法研究分子电荷行为和分子相互作用的工具。

而化学平面则提供了研究化学反应和分子结构的重要基础。

分子电荷转移则与化学平面密切相关，它描述了分子之间发生电荷转移的过程。

第二部分：分子电子学的应用1.电子传输分子电子学在电子传输领域的应用是相当广泛的。

对于半导体材料而言，分子电子学的最重要的应用就是电子传输。

分子电子学通过研究电荷输运和激子传输的方法，可以制造出高效的电子传输设备，这对国家的制造业和科技研究具有很大的意义。

2.分子传感器分子电子学还可以应用在分子传感器领域。

分子传感器是一种可以检测化学和生物分子的小型设备，通过利用分子之间相互作用的原理实现。

分子电子学的进展可以增加分子传感器的精度和敏感度，进一步优化传感器系统。

Advances in Molecular Electronics在当今的科技发展中，分子电子学作为一种新兴的研究领域备受关注。

分子电子学是研究有机分子在电子器件中的应用，其发展将引领电子制造业的革新，由此也引起了人们对未来电子器件技术的期待。

本文将就分子电子学的研究及其应用前景展开论述。

一、分子电子学的研究分子电子学起源于20世纪50年代，是分子领域的一个重要分支。

近些年来，随着计算机科学，物理学，化学等相关领域的发展，分子电子学研究的进展也愈发显著。

分子电子学研究的主要任务是研究从分子到宏观量子器件中间所发生的电子传输过程和电子行为，这包括了从分子设计和合成到基于分子的电子器件构件的制备以及测试的整个过程。

目的是提高器件性能和稳定性并减少能耗。

一项关键的研究领域是分子自组装。

分子自组装的概念最初出现于20世纪50年代，但直到近年来这一领域才得到了广泛的应用。

分子自组装涉及一种能够自组织成分子图案的化学过程。

由于自组装基于分子之间的相互作用，因此可以被认为是三个关键元素――分子结构，分子自组装和电子传输之间的三元体系。

而这些分子自组装需要的方法，比如控制溶解度和晶化，改变电子输运路径以及新技术的发展，也为分子电子学的研究提供了可能性。

二、分子电子学的应用前景分子电子学作为一种新兴的研究领域未来一定有广泛的应用前景。

它可以被用来制造高性能和高稳定性的纳米电子器件，甚至可以被用来替代传统的硅晶片技术。

被广泛认为是纳米电子器件的未来代表，分子电子学的应用也被很多行业所期待。

举个例子，分子电子学可以用于制造更快的计算机芯片。

神经网络的发展和人工智能技术的崛起都需要计算机芯片迅速而有效地进行运算，这需要高性能，低成本，以及小的尺寸。

这正是分子电子学追求的目标。

分子电子学让纳米器件变得更加精确和高速，并为更好地进行数据处理和存储打开了大门。

此外，分子电子学还可以被应用于可穿戴设备、智能手机、智能车等领域。

秋季学期冬季学期春季学期Introduction to Communication Systems信息系统导论Modeling & Simulation: Dynamic System 动态系统的建模与仿真Automatic Control 自动化控制Data Acquisition,Instrument &Control数据采集、仪表与过程控制Electromagnetics II 电磁学IIAnalog IC Design模拟集成电路的规划设计Solid State Electronics 固体电子学Power Electronics 电力电子学Semiconductor Device Processing 半导体器件加工Digital Signal Processing 数字信号处理Introduction to Semiconductor Optoelectronic Devices 光电半导体设备导论Introduction to Robotics 机器人学导论Power Distribution 配电Computer Vision 计算机视觉Introduction to Digital Control 数字控制导论Engineering Optimization 工程优化技术概论Digital Communication 数字通信Image Processing 图像处理Senior Design Project高级设计项目（毕业设计）Introduction to Very Large Scale Integration (VLSI) Design超大规模集成电路（VLSI ）设计导论Electric Drives 电传动Senior Design高级设计项目（毕业设计）秋季学期冬季学期春季学期Applied Quantum Mechanics 量子力学应用Fudamentals Semiconductors &Nanostrucutres半导体与纳米结构基础Solid State Devices 固态元件Semiclassic Electronic Transport 电子传递Semiconductor Electron, Phonon, and Optical Properties半导体电子、声子和光学性质Advanced Electromagnetics 高级电磁学Stochastic Processes 随机系统Advanced Ddigital Signal Processing 高级数字信号处理Nanoscale Chatacterization Techniques 纳米表征技术大四可选课程 - 电子与计算机工程Electrical and Computer Engineering计算机和电子工程必不可分。

Fundamental Studies of MolecularElectronics近年来，分子电子学已经成为纳米科技领域中备受关注的重要方向。

作为一种新型电学现象的研究，分子电子学探究的是分子的电学性质，以及这些性质如何在实际应用中实现。

分子电子学的基础研究是分子电子学的前沿领域。

在这个领域中，研究者们使用理论计算和实验方法来研究分子的电学性质，探究其在电子器件中的运用。

分子电子学的基础研究有两个主要方向：一是探究分子的导电性质，即分子的电导率；二是研究分子与电子器件之间的相互作用，以便更好地了解分子与电子器件之间的联系。

在探究分子的导电性质方面，研究者们需要考虑分子的内部结构、分子间的相互作用力、分子的电子结构等。

这些因素将直接影响分子的导电性质。

利用这些知识，研究者们可以设计出一些新型的分子结构，帮助改善分子的导电性能。

在研究分子与电子器件之间的相互作用方面，研究人员需要关注分子与电子器件之间的界面性质。

他们需要研究分子在不同界面下的电学行为，并探究这些行为对电子器件的性能产生的影响。

探究有助于更好地了解分子与电子器件的相互作用。

分子电子学的基础研究还包括探究分子的光电性质。

这些性质有助于我们更好地理解分子在光学电子器件中的应用，例如光电效应。

光电效应是光在分子中引起电子运动的现象。

研究者们通过探究分子的光电性质，可以寻找更合适的分子材料，以提高光电器件的效率。

分子电子学的基础研究在未来的纳米技术领域发挥着不可替代的作用。

他们不仅有助于我们了解分子电子学的基本原理，还有助于我们设计更加高效、灵活的分子电子器件。

在未来，研究者们将继续探究基础研究，为纳米技术的研究提供更多的可能。