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分子晶体管 发表评论(0) 编辑词条

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科学家创造出世界首个分子晶体管编辑本段回目录

美国耶鲁大学网站2009年12月23日报道称,一个由耶鲁大学和韩国光州科技学院的研究人员组成的研究小组,用单个苯分子成功创造出世界上首个分子晶体管。其研究成果发表在近期的《自然》杂志上。

  该研究小组称,附着在黄金触点上的苯分子能够产生和硅晶体管一样的作用。利用通过触点施加在苯分子上的电压,可以操纵该分子的不同能态;通过对能态的操纵,研究人员就能够控制流经该分子的电流。

  “这就像把一个球向山上滚动并越过山顶,电流就是这个球,而该分子的不同能态就代表着山的高度。”耶鲁大学工程和应用科学系的马克·里德教授这样描述,“我们能够调整山的高度,使它在处于低位的时候允许电流通过,而在高位的时候阻止电流通过。”这样,研究人员就能使用与普通晶体管非常相似的方式来使用这个分子。

  在上世纪90年代,里德教授研究证明,单个分子会被陷在电流触点之间。从那时开始,他和当时耶鲁大学的博士后研究助理、现在韩国光州科技学院的李泰锡(音译)教授合作进行相关的研究,并在这几年中开发出许多新技术,使他们能够“看见”在分子水平上发生的事情。

  能够在如此微小的尺度内制造电流触点、确定有待使用的理想分子、搞清楚安放这些分子的位置以及如何将它们连接到触点等等,都是这一发现的关键所在。而过去多年来在技术上取得的长足的进步,终使这一成果得以实现。

  里德教授表示,经过多年的潜心工作,他们终于完成了长达10年的探索,证明分子能够像晶体管一样运作,但他们并不准备创建下一代集成电路。

  报道称,在计算机电路内使用分子非常有意义,因为在如此微观的情况下,传统的晶体管是无法适用的。里德教授强调,虽说这绝对是一个科学上的突破,但若想更小和更快的“分子计算机”能够实际应用,即使有朝一日真的可以实现,那也将是几十年以后的事情。(刘海英)

物理学界最大的作假丑闻震惊科学界编辑本段回目录

2002年,因发明晶体管而成名的贝尔实验室因一桩丑闻倒在了自己的骄傲之石上。一名年轻的科学家通过伪造数据,用所谓的“分子晶体管”糊弄了包括权威期刊编辑在内的许多人,过于嚣张的他甚至在不同的学术论文中使用一样的数据,最终引起东窗事发,震撼了整个科学界,这一丑闻成了最臭名昭著的科学作假事件,不仅令贝尔实验室更加陷入危机,也引发了人们对科学界一系列的思考:为什么这么多人轻易地相信了这个科学家?甚至还有人推荐他获得诺贝尔奖?科学作假行为一再发生,问题到底出在哪儿?

最近,一本名为《塑胶幻想:物理学最大作假丑闻如何震动科学世界》(Plastic Fantastic: How the Biggest Fraud in Physics Shook the Scientific World)的新书将这桩丑闻带到了科学界之外。作者对这桩丑闻进行了极深入的调查,让这个臭名远扬的“前”科学明星再次进入人们的视线,同时也将现代科学界的一系列问题暴露出来。

红极一时 “爱因斯坦二世”诞生

德国科学家舍恩(Jan Hendrik Schon)1998年加入美国新泽西的贝尔实验室。这个年轻人花了9年时间攻读博士,看上去是个勤奋、积极的研究者。

建于1925年的贝尔实验室因为晶体管等发明蜚声世界。它是6位诺贝尔奖获得者的老家,是世界上最老牌的重量级实验室。它最先是由美国电讯主力公司AT&T资助的。1996年被迫纳入朗讯科技旗下后,实验室的情况迅速恶化。在舍恩加入之时,贝尔实验室正在多年下坡路之后进行一系列基础研究的复兴计划。

舍恩重拾贝尔的专长,在一个研究有机晶体(一种净化后的塑胶)制晶体管的项目工作,这是热门的研究方向。和传统的硅相比,塑胶在电子设备的运用上还有很大的缺陷。如果能够克服这些不足,就可以制造出更轻,更灵活的计算机芯片,继而生产出更薄,可折叠的屏幕,比如“电子报纸”,或者“计算机衣服”等等产品。

最初,在同事眼里,舍恩是一名乐于与人合作,整天在实验室忙碌的年轻人。从2000年开始,他就越来越倾向孤军奋战了。也正是从那时开始,他凭着一系列惊人的论文发表成为科学界的明星。

舍恩先是声称制造出了一种振荡电路板。在同事的帮助下,他的论文在《自然》、《科学》上刊登。舍恩的一些创新性的超导实验让人称之为神奇之作,比如不带任何损失地进行电子超导、首个“有机电子激光”、第一台“散光”晶体管,他甚至自称用纳米技术做出了只有单一分子大小的超微型电脑。

舍恩在论文中称,他的“纳米晶体管”以碳为基础,包含氢和硫的有机半导体分子为晶体管材料,以金原子层为电极,利用范德瓦尔斯力让三个电极安装在一个分子上。

如果这些实验是真的,意义就大了。它改变了物质的绝缘、半导和超导等属性的传统观念,这意味着电学从硅时代走向有机时代,硅芯片将走向灭亡,电器会更便宜,微型电脑也将成为现实。

通常一个科学家一年发表一两篇重要论文已是极为多产,而舍恩在3年中发表了超过100篇论文,其中很多发表在世界权威的学术期刊如《科学》和《自然》上。光2000年,舍恩就在这两本期刊上发布超过8篇论文。2001年,平均每8天,他的名字就会在学术期刊上出现一次。很多人开始讨论这位“爱因斯坦二世”获得诺贝尔奖的可能性。

丑闻败露 学位都被收回了

《自然》、《科学》等期刊的刊文,让舍恩的实验成为无数科学家追捧的目标。不过,奇怪的是,竟然没有一个人能够复制舍恩的实验。据说,2002年全美有超过100家实验室在测试舍恩的实验,数以百万计的资金投入在了这项实验中,但他们都失败了。在贝尔实验室工作的科学家霍维说,“对于舍恩,人们议论纷纷”,但没人站出来质疑他。

舍恩最终倒在了自己的愚蠢上———他竟在三篇毫不相关的论文中使用完全相同的图表。这个漏洞被普林斯顿大学和康乃尔大学的物理学教授分别发现,质疑的声音越来越大。当《自然》编辑询问他时,他表示自己传错了图表。然而,类似的数据矛盾不断被发现。

2002年,舍恩的名字再度成为热门标题。这次不是因为新的发现,而是丑闻的败露。人们发现,一切都是幻影,所有的实验数据都是伪造的。“科学神童”成为史上最臭名昭著的作假者。

贝尔实验室组建了针对他实验的独立调查委员会,对舍恩在《科学》、《自然》、《实用物理学》等期刊上发表的论文进行调查,越来越多的数据问题被发现。在为期3个月的调查中,委员会发现舍恩至少有9篇论文存在数据问题。当委员会要舍恩提供相关物理证据时,他表示自己没留下实验室记录,或说硬盘储存不够,删除了原始数据,另外一些时候,他会以设备在德国,或者设备在运输时被毁等为借口拒绝检查。尽管如此,委员会还是得出了结论,舍恩在被指控的24处地方至少存在16处学术行为不检。

第二天,贝尔实验室解雇了舍恩。舍恩事后承认自己许多论文的数据不正确。他说,作假是为了展示自己观察到的现象。但一切都晚了,他带着耻辱回了德国。他在德国的单位———马普研究所也撤销了给他的聘书。康斯坦茨大学则收回了他的博士学位,而各大期刊也将他的论文整批整批地撤销。他的名字在学术界销声匿迹,除了在提及丑闻之时。

责任分析 过度信任招致谎言

学术作假主要在和产业密切相关的学科如生物技术领域发生,比如韩国干细胞生物学家黄禹锡的作假丑闻。相比而言,物理界的学术作假极少,更何况在贝尔实验室这个世界著名的老牌实验室。舍恩的作假不仅成为物理学史上最大的丑闻,其规模也是其他各次学术造假事件所不能比的。

舍恩总是先制造出一个结果,然后通过计算机伪造图表证实这个结果,他甚至都没有费力去为每份论文伪造单独的数据,而是将这些数据“回收再利用”———正是这个做法导致了他的翻船。

权威期刊则三番五次地上了舍恩的当。舍恩将同事们谈论的假想结果拿来,伪造数据证实结果。他的同事面对梦想已久的结果激动万分,给予很高的评价。有了同事的高评价、贝尔实验室的大名以及令人激动的实验结果,各大期刊争先恐后地抢着发表他的论文。《科学》有一次甚至放弃了自己的原则,免去了两位独立同行评论的过程。这一浮躁做法,也对科学的进展造成了极大的负面影响。

除非是极其恶劣的学术作假,一般科学界会进行低调处理。他们会将这些行为看成极为罕见的例子,在内心坚持相信科学开放、正直、严谨的一面。然而过度的信任会导致谎言的出现,即使有怀疑,也没有足够的胆量挑战,这或许是舍恩能够如此猖狂地将世界级权威机构、学术期刊唬得团团转的原因,至少,《塑胶幻想》的作者瑞奇是这么认为的。

瑞奇写道:“在舍恩丑闻上,科学做对了,但并不是它本身,而仅仅是几名科学家做对了。几十家实验室进行复制,无数的怀疑声音出现,但只有几名研究者真正将怀疑心变成喝倒彩的口哨。”

在整个作假过程中,负有责任的不仅只有舍恩。贝尔实验室的负责人一心要把实验室往市场推动,急于渴求轰动性的成果,学术期刊急切鲁莽地接受了他的发现,他的同事毫无怀疑地赞赏了他的成就,还有无数的科学家有怀疑而不敢出声。

瑞奇指出,舍恩的事件显示了科学整体纠错能力的缺陷。舍恩虽然丑闻败露,但直接原因还是因为他犯下愚蠢的错误,在不同的论文中复制了数据,如果他稍微“聪明”一点的话,不知道真相什么时候会被揭露。

科学作假并不是新闻,连现代物理学之父牛顿都遭到历史学家关于他在光学计算中捏造结果的指责。谎言伴随着科学一路走来,这是科学家必须面对的现实。没有质问,科学也不会走到今天这一步。

美国科学家造出单分子晶体管编辑本段回目录

分子晶体管
    2006年消息:美国亚利桑那大学的物理学家发明了一种将单分子转换为可使用的晶体管的技术。这项突破使制造体积更小、功能更强的计算机成为可能。相关论文发表在《纳米通讯》网络版上,并将作为封面文章登在11月的印刷版上。 
  简单而言,晶体管就是微型电子开关,它们是构建CPU的基石,目前工业生产晶体管的工艺可以达到65纳米(十亿分之一米),而亚利桑那大学的科学家可以将晶体管做到只有一个分子那么大,也就是大约1纳米。 
  亚利桑那大学物理学家查尔斯·斯坦福说:“目前技术下的所有晶体管都通过提高或降低能垒来控制电流,用这种方法制作开关已有一个世纪的历史。” 
  尽管制作工艺不断提高,然而传统技术下的晶体管体积也不能无线缩小。斯坦福说:由于因体积缩小会带来很难处理的能量问题,它的尺寸最小也只能达到25纳米。即使用现有技术制造出分子大小的晶体管并组装成笔记本使用,将需要整个城市的电力来运行这台计算机,所产生的热则会使它蒸发消失。 
  亚利桑那大学的科学家自3年前就开始思考如何设计新一代的晶体管。他们发现量子力学可以解决分子级晶体管的散热问题。 
  他们使用的最简单的分子是拥有环形结构的苯分子。研究人员在环上连接了两个电极,使电流有两个可选择的通路。 
  接下来,也是最难的一步,他们在一个电极的对面连接了第三个电极,这使这个小分子可以开通和关闭。 
  斯坦福说:“在经典物理学中,来自两个通路的电流能够汇集,但在量子力学中,两个电波会互相干涉而消耗,导致电流不能通过,晶体管处于关闭状态。” 
  现在,科学家利用第三个电极中的电流改变了前两个电波的相位,使它们不再相互干扰,从而让晶体管处于开通状态。科学家只用了几个星期就使这一技术从理论变为了现实,但后来他们却花了很长的时间将所有电子交感考虑在内,并制作出真正成熟的装置。目前,他们已经为该装置申请了名为“量子干涉效应晶体管(QuIET)”的专利。 
  利用这项技术,我们不但可以生产出计算功能更加强大的计算机,在天文、气象、电脑动画等多个需要虚拟现实的领域大显身手;还可以生产出细菌大小的微型机器人,让它们像科幻电影中演示的那样进入血管,帮助医生做出更精确的诊断和治疗。 

参考文献编辑本段回目录

http://tech.sina.com.cn/d/2009-12-25/09083710576.shtml
http://www.xjtust.com/html/xinxi/2006/09/11349.html
http://www.searq.cn/news/paper/2009/0601/FOKEOV34.html

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