哥伦比亚工程系的研究者利用一项新方法制备出性能比之前所有设计都要好50倍的分子二极管，成为世界上第一个制备出单分子二极管的人，为纳米尺度器件的实际技术应用打下基础。

利用单分子层的物质来构建器件一直是纳米科学界一个可望而不可即的梦想。自从Aviram and Ratner在1974年的文章将其引入后，这个目标就一直是分子电子学界的圣杯，代表了电子器件能被实现的最终极的微型化。

电子器件微型化的不断发展，使得分子电子学变得比以前任何时候都重要，其中单分子代表了微型化的最终极限。

Arieh Aviram 和Mark Ratner在他们1974年发表的文章中首次提出了发展单分子二极管的概念，认为一个单分子是可以具有整流器功能的，即控制电子流只能沿一个方向传输。

自1974年起，世界范围的研究者开始探究分子的电荷传输特性。并且已经发现将单分子贴到金属电极上（单分子连接）可以形成一系列的电子元件，例如晶体管、开关、电阻甚至二极管。在分子结的电导特性中也可以清楚的观察到量子力学效应如干涉。

二极管的结构必须是不对称的。电流在一个方向上传输经历的环境必须与相反方向的电流所经历的环境不同。其结果是，设计具有非对称结构的分子来创造一个单分子二极管。

“一个设计良好的二极管应只允许电流朝一个方向流动——“开起”方向——，并且它应该允许大量的电流流入该方向。非对称分子设计通常会遇到在“开起”和“关闭”两个方向上电流都非常低的问题，并且电流在两个方向的比率通常也很低。理想情况下，“开起”电流与“关闭”电流的比率，即整流比，应该是非常高的。“

为解决非对称分子设计的问题，创造分子结周围环境的非对称性成为Venkataraman和同事关注的焦点。

环境的不对称是通过使用一个简单的技术创造出来的，首先用离子溶液将活性分子溶解分散，然后通过不同尺寸金金属电极接触溶液。

新方法产生的单分子二极管整流比高达250，这是以前设计的50倍。该器件具有过0.1μA的“开起”电流，这对于单个分子来说，是一个非常高的电流。此外，由于这种创新的技术手段易于实现，它可以适用于所有类型的纳米器件，包括石墨烯电极制作的器件。

 “采用化学和物理学概念，设计一个分子电路，并让它实现一些功能，这是非常惊人的” Venkataraman说。

目前，Venkataraman和她在哥伦比亚工程系的研究小组正在努力了解那些可以完善其创新的和提高新的分子系统整流比的基初物理学。

这项研究成果已发表在5月25日出版的Nature Nanotechnology杂志上，论文名为“通过环境控制制备的具有高开 - 关比的单分子二极管”。

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶    校正：摩天轮