上週，位於瑞士拉齊利康的IBM蘇黎世研究院（IBM Research-Zurich）同巴塞爾大學（Universities of Basel）和蘇黎世大學（Universities of Zurich）的研究人員們在《自然》上發表了一篇文章，宣佈了一種在硅晶片上建立單分子電接觸的新方法。這一進展有可能在發展傳感器，甚至在將電子或光子應用於操縱單分子的方面開闢一條康莊大道。
在二十世紀七十年代中期，研究人員發現單分子具有類似於二極管的有趣的電子特性，並對其發展新的半導體技術與硅基電子器件進行競爭寄予厚望。然而，建立分子電接觸仍侷限於實驗室。儘管使用掃描式隧道顯微鏡（即STM）與這些分子建立聯繫已經成為可能，但是這些實驗要求真空和低溫條件。此外，由於隨著進入分子的電流變化會產生很大的變化，因此單個電子連接點仍難以複製。這些問題是到目前為止仍沒有分子級電子設備能夠運行的主要原因
“我們製造的設備要求或多或少是相同的，在其所處環境中穩定運行，且能被放到一個堅固的平面上，比如一片硅薄片，且需要數十億之多，這樣才可與CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術相抗衡。”IBM 的研究人員Emanuel Lörtscher說到，他同時也是《自然》上這篇論文的合著者。
為了實現這一點，研究人員首先嚐試了過去曾使用過的“硅夾三明治”（sandwich-on-silicon）的方式。但是這樣行不通。他們在硅片上創造了一種鉑電極，並由電介質，即一種不導電的薄層所包裹。然後使用傳統的刻蝕技術在該層中創造出納米孔。他們用烷烴二硫醇（alkane-dithiol）分子溶液填充這些孔隙，這些溶液中的分子在空隙中自主成型為單層，並且形成一片平行定向的單層密置排布分子。
就像木條箱中的酒瓶底部一樣，分子的一端與暴露在空隙底部的鉑層相接。到目前為止，研究人員試著用薄鉑層來覆蓋這些納米孔隙實現頂部的接觸。但是由於分子與接觸層之間距離的變化，通過這種方式獲得的電接觸在接觸電阻（contact resistance）方面顯示出極大的不穩定性。這樣產生的設備無法投入使用。他們還嘗試了石墨烯（graphene），但還是同樣的令人失望，Lörtscher回憶到。
研究人員最終找到了一個簡單而巧妙解決方法。他們的“金”點子是：在這些孔隙被自組裝單分子層材料（self-assembled monolayer material , SAM）填滿之後，使用金納米顆粒覆蓋孔隙中的自組裝單分子層材料（SAMs）。這些納米顆粒足夠大，不會落到那些自組裝分子中，足以與分子相接觸且不會破壞或是改變他們的屬性
“這些是自動適應分子尺寸的納米顆粒。”論文合著者、巴塞爾大學的Marcel Mayor說到。“現在這些看起來都非常簡單，但其實我們為之做了很多努力。”
研究人員在薄層表面製出約3000個納米孔隙，每一個都填充了自組裝分子。當他們測試分子對所提供電壓的響應時，發現對於相同大小的孔隙，響應中的擴散非常小。儘管對於孔隙中單個分子的接觸電阻也許會由於其本身的瑕疵而有所不同，但通過SAM的方法制作的樣本具有一個有效的全樣本平均值，Lörtscher解釋到。
Mayor並不能盡言SAM的設備是否能在數據儲存或交換方面與硅制設備相抗衡。因為SAM 分子的電學性質會因其他分子的存在而受到影響，因此它們在遙感應用中十分實用，他說到。“我們在多種結構上都能觀察到這種特性。” Mayor說到。例如SAM分子對於pH值的變化十分敏感，而且當被暴露於特定的蒸汽或溶液中時，它們可以重新排列自身結構，或者發生膨脹。“這就是行業對這種設備的興趣的來源之處；他們在意的是更加精準的分析設備。” Mayor說到。鮑浙南，一位斯坦福大學的材料科學家表示贊同。“與單分子可靠地接觸一直以來都是個重大挑戰。令人印象深刻的是他們得到了極具復現性的結果，以及導電性與分子長度的比例關係是如此美麗。他們的方法有望在未來用於製作分子存儲器與電路。”她說。
然而，Youngkyoo Kim，一位韓國慶北國立大學（Kyungpook National University）的研究人員表達了將SAM設備作為傳感器的保留意見：“我覺得目前的納米顆粒和自行組裝方法可以在分子設備中大規模製造電接觸這一點聽起來很好，但是可重複性和穩定性的表現都仍是一個巨大的障礙。就目前的設備結構來說，所有的金屬電極材料（包括金屬納米粒）和SAM層都還需要被很好的封裝，才能實現穩定運行。”
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