生物芯片:电子计算机的终极

生物芯片的研究不仅指芯片本身,也涉及生物分子电子学的其他方面,包括生物传感器,生物电池,机器人视觉,神经接口和人工智能等。生物芯片计算机的概念来自分子生物学的饶有兴趣的两个方面:即生物多聚体能够自主装配,和象DNA那样的分子能够贮存,复制以及传递信息。幻想家们预言,在生物计算机中,将利用生物材料和生物过程,制造和装配分子型的电子元件。最终,计算机将建立在沿原子链传播半导体孤子波的基础上。但是,这种芯片何在?这个问题无疑将会在产业界和学术殿堂中徘徊至少10多年(如果不是20年的话)。因为不仅生产这种生物芯片的技术不存在,就连大部分的理论也尚未问世。对于生物芯片的需求,主要来自于人们预见到现代硅芯片的局限性。以当前发展速度看,硅芯片所能贮存的信息量10年内将达到它的理论极限值.Bell研究室刚公布了兆位芯片,元件间隔大约是在1微米。通过新的印刷技术和其他方面的改进,可以使包装密度加倍,间隔小到0.2微米.除了这点之外,非常重要的发热问题出现了。如此紧密的包装引起的对话(泄漏)会损害信息。在生物芯片中,由于元件是分子大小的,包装密度可成数量级地增加。由于信号传播方式是孤电子,将不会有损耗.生物芯片几乎不产生热。     

基于分子自旋阀的自旋电子学

分子半导体材料因具有很长的自旋弛豫时间,被认为在自旋电子学领域存在巨大的应用潜力.在基于分子半导体材料开展的自旋电子学研究被首次报道后的十余年里,以分子自旋阀为载体的自旋电子学研究取得了巨大发展并引起了广泛关注.本文将围绕分子自旋阀中的自旋注入、界面效应和输运等关键研究方向,综述近年来该研究领域的重要研究成果,具体包括:分子自旋阀制备工艺改善、结构优化对自旋注入效率的提升,自旋界面效应对优化注入和调控信号等方面的最新进展;以及分子半导体中自旋输运距离优化和输运机制研究结果.最后,基于分子自旋阀中的注入、界面效应和输运的研究基础,展望分子自旋阀多功能化这一新兴研究方向的发展前景.以上进展对未来自旋电子学和分子电子学领域进一步交叉研究的开展具有借鉴价值.     

量子电子学

过去,许多大家熟悉的电子器件,诸如电子管和晶体管,利用在真空中或在半导体晶体中运动的自由电子或自由载流子来实现放大和振荡。今天,由于量子电子学的进展,我们有了另一类新的电子器件,可以利用原子分子内部的共振或利用原子分子内部能级间的量子跃迁来     

Meldola拉蓝修饰双层类脂膜的电化学研究

双层类脂膜(BLM)作为生物膜的基本结构主体已被广泛接受。通过掺杂和化学修饰可以改变BLM的特性,并能应用于多种生物膜过程的研究。特别是制成生物传感器和双分子电子器件将有广阔的应用前景。多种有机染料被称作生物着色剂并常用于生物学、生理学、药物学和医学。一般来说,染色和着色过程包括吸附、溶解、渗透和化学反应。但染料如何影响磷脂膜仍然不十分清楚。本文选用用于生物传感器中的生物催化剂Meldola蓝来修饰BLM,并对它的传输性质进行了分析。     

新型分子开关雏形

可能是分子电子学研究的一个突破IBM的科学家们开发了一种新的分子开关,在开启或关闭时可以不改变分子的形状。虽然这种开关被实际应用于计算机尚需时日,但科学家们认为它确实为未来的计算机提示了一种很有潜力的方法,即可以将这种分子开关连结起来,形成分子逻辑门。     

非晶形铁的氧化物薄膜的激光化学气相沉积

激光化学气相沉积(LCVD)是通过激光光分解气相有机化合物分子,分解出金属原子沉积在基片表面的一种新型的薄膜制备技术,与传统制备薄膜方法相比,这种方法可在室温下一步完成制备过程,不需要掩膜版,便于对沉积过程进行控制。用这种方法,沉积速率高,膜层的纯度高,并且目前已实现了0.2微米量级的空间分辨率和3.5微米量级大小的光斑。所以LCVD作为一种新的手段,在微电子学工业上将有重要的应用价值。     

原子芯片和量子计算机

不是操作电子而是操纵整个原子的集成“电路”将要问世了，奥地利的研究人员已经证实原子可以在一个微型芯片中沿着导线运动。这项技术有望为新一代计算机奠定基础，这种新型计算机的性能比现在使用的计算机要高得多。 传统电子学的基本研究对象是电子，电子是一种带电粒子，它在原子中围绕原子核运动。因为金属和半导体中的某些电子能够摆脱特定原子的束缚从而可以在整块金属和半导体中自由运动，所以这些材料能够导电。计算机所处理的数据是一系列电脉冲的编码，通常它们沿着硅基芯片中的微型金属或半导体电路流动。 现在奥地利因斯布鲁克…     

~(31)P-核磁共振波谱研究山莨菪碱对磷脂酰乙醇胺脂质体多形性的影响

生物膜上类脂分子具有适应多种相的能力,膜类脂除主要形成脂双层结构外,在一定条件下,还能形成非双层类脂结构,其中包括六角形(H_(11))结构,这种现象称为膜类脂的多形性。这种六角形结构(H_(11))与生物膜的某些生理功能有关,如细胞融合、跨膜运送等等。影响生物膜上类脂分子从脂双层转变为六角形(H_(11))结构的因素很多,如温度、类脂组成、pH、二价阳离子以及药物等。本文用~(31)P-NMR(核磁共振波谱)技术,研究中药有效成份山莨菪碱对卵黄磷脂酰乙醇胺形成六角形(H_(11))的影响,山莨菪碱可促进卵黄磷脂酰乙醇胺脂质体从脂双层向六角形(H_(11))结构转变。     

新材料的现状与展望

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的重要条件,因此,世界各工业发达国家都给予高度重视,把新材料的研究与开发列为关键技术的组成部分,最近德国Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research分析了世界各国发展计划,总结出在21世纪初的九大重点领域,它们是:先进材料,纳米技术,微电子学,光子学,微系统工程,软件与计算机模拟,分子电子学,细胞生物技术,信息、生产与管理工程.在这九个领域中又列出了80个课题,其中属于先进材料的24项,在其他领域中也包含着不少与材料直接相关的课题,如纳米技术中的纳米材料,微电子学中的信息存储、微电子材料、超导及高温电子学等,共有27项,因此,在未来技术80个课题中,有关材料方面的课题占60%以上,这足以说明新材料在未来技术中的地位,从目前到下世纪初,材料的发展主要有六个方面。     

分子电子学

1940年代以来,半导体工业对无机材料进行了广泛的研究,但对有机材料尚很少了解。有机分子的种类比无机材料多得多,而具有特殊性质的新分子比新的半导体容易产生。现今,虽然大多数电子或光学器件仍是由无机材料制成,但有机材料已开始在电子学中起着愈来愈大的作用:如液晶制成的显示器,能响应化学反应电活性的金属有机化合物制成的传感器和光敏聚合物制成的光盘。用有机材料制造电子器件的研究正在形成一门新的学科——分子电子学。分子电子学研究者认为,所研制的有机材料可以取代现今固体电子学所具有的某些信息处理功     

迈向21世纪的纳米科技研究新进展

本文系统阐述了近年来在纳米科学与技术研究领域中取得的一些主要进展。这些领域包括单原子操纵与原子搬迁技术、纳米电子学与纳米电子技术、纳米生物学、纳米摩擦学、微米／纳米技术、原子团簇科学和纳米材料科学，其中又着重介绍了原子团簇科学和纳米磁性功能材料的研究新进展及其在现代电子信息技术及国防现代化上的应用。     

电负性均衡原理在计算原子电荷分布中的应用

著名化学家Pauling提出的电负性概念,用以描写原子得失电子的能力,为讨论分子的各种性质时广泛引用.然而,电负性概念的精密的理论定义,却是近年来Parr等人用密度泛函理论表述出来的,从而使电负性的研究和应用有了新的进展.最近十几年,随着对生物大分子进行动力学计算机模拟的研究和发展,利用分子几何构型和原子电负性.直接计算分子中的原子电荷分布,受到人们的极大关注,研究并建立了一些方法和程序.其中     

山莨菪碱对磷脂酰乙醇胺脂质体形成类脂颗粒的影响

1979年荷兰学者Verkleij等首次报道类脂脂质体膜上能出现类脂颗粒。这种类脂颗粒可能与生物膜上非双层类脂结构有关。近几年来不少实验表明,无论人工合成或从天然膜上抽提的磷脂酰乙醇胺(PE)形成脂质体后,在其相变温度以上用冰冻断裂电子显微镜技术可观察到类脂颗粒。这种类脂颗粒是膜上类脂从双分子层结构向六角形(H_Ⅱ)结构转变的中间形态,麻醉药及某些多肽抗菌素可影响类脂分子形成类脂颗粒。我们曾报道山莨菪碱能增加磷脂脂质体的流动性。本文用冰冻断裂电子显微镜技术研究山莨菪碱对卵黄磷脂酰乙醇胺脂质体形成类脂颗粒的影响,结果表明山莨菪碱在室温就可促进磷脂酰乙醇胺脂质体形成类脂颗粒。     

评《压电电子学与压电光电子学》

随着集成电路的集成度越来越高, 晶体管的尺寸越来越小, 特别是当器件中最小线宽趋于10 nm时, 将会出现一系列由量子效应引起的新的效应. 另外从工艺上讲, 器件线宽越小, 大规模工业化市场的成本将大幅增加. 因此终究有一天摩尔定律会遇到瓶颈甚至失效. 人们已经在探讨摩尔定律以后的电子学将向什么方向发展, 并把希望寄托在纳米电子学上, 认为由纳米科学发现的一些新材料, 如碳纳米管、石墨烯、半导体量子点、量子线等是最有可能的下一代微电子学的基础材料. 由它们制成的微电子器件工作原理已经不再是经典的输运理论, 而是需要考虑量子力学效应, 以及由此而产生的介观输运理论, 甚至量子波导理论. 目前由这些材料制成的单个晶体管已经显示出优越的性能, 但关键的障碍在于集成, 还找不到一种能与目前大规模集成电路相比拟的方法来集成纳米晶体管.     

原子薄层材料的插层剥离制备

<正>自2004年石墨烯问世以来^[1],原子薄层材料(例如单原子层黑磷、六方氮化硼、二硫化钼)已经逐渐成为材料研究的中心^[2].这些原子薄层材料吸引了光子学、电子学、光电子学、能源存储与转化、催化、环境修复、生物检测以及生物成像等领域的广泛兴趣.可靠地、大规模地生产这些原子薄层材料已经成为当今学术界和工业界的共同追求.插层剥离策略是生产这些原子薄层材料最有效的手段之一.该策略制备的原子薄层产品具有溶液可加工性,且表现出大的横向尺寸(微米级)以及高的单层产率.我们针对这一策略进行了前瞻式的回顾,对其原理及过程、插层剂种类、影响因素、     

基于第三代半导体的压电电子学和压电光电子学器件

当一个均匀的应变施加到非中心对称的半导体单晶上时,半导体内部将产生压电势,其表面将产生静态的压电极化电荷,这种现象普遍存在于第三代半导体(如ZnO, GaN, CdS)中.应变引起的这种压电势或压电极化电荷可以静态和/或动态地调控界面电荷的输运和光电过程.通过将压电、光激发和半导体特性进行耦合,诞生了两个全新的研究领域,即压电电子学和压电光电子学.十几年来,这两个领域得到了广泛的关注,并在基础科学和器件应用方面取得了巨大的研究进展.本文对近年来这两个领域在器件应用方面的实验进展情况做了简要综述,并对这两个学科的未来发展进行了展望.     

有机计算机

华盛顿海军研究所化学家卡塔博士指挥着分子电子学的研究开发,他热情洋溢地谈到未来计算机的设想。他说:将现在使用的计算机元件——硅全部用有机分子取代时,计算机的体积将缩小为现在的一百万分之一。该超微型计算机如果实现,则可能将     

Si/SiO_2异质界面的超精细硅量子线

作为半导体科学技术研究前沿领域的硅低维量子结构,它无论在低维物理基础研究,还是在技术应用上,都具有十分重要的意义.硅量子线作为纳米电子学的基础,将发展实现特大规模集成电路和开拓新一代硅量子效应的器件;同时,这种人工设计的一维微结构材料的能带结构不同于天然硅材料,可望获得高的发光效率,用于发展硅基集成光电子技术.国际上采用先进的材料生长手段和各种亚微米级以至纳米级的超微细     

光谱电化学中的一种現场研究方法

随着科学技术的发展和多学科间的渗透、交错与相互促进,近代电化学的研究内容已扩展到一些新的领域,如燃料电池、光电化学、半导体电化学、化学电子学、表面电化学以及生物电化学等等。对这些新领域的研究,传统的电化学方法已远远不能适应。因为传统的电化学测试技术和研究方法,主要测量电化学过程中总的电流、电位及阻抗等宏观参量及其随时     

漫谈生物计算机

人类的大脑可能是世界上最先进的超级计算机,它并不存在任何一个半导体集成电路块,只是由生物有机分子通过巧妙的结合而构成的高度复杂的神经网络。通过生物分子的功能,大脑能够进行记忆、计算、思维,以及分析比较、理解与处理、自身修复、思考与感知等等。由于微电子技术的高速发展,作为计算机核心元件的集成电路的制造工艺,已经达到了理论极限,半导体硅芯片因电路密集引起的散热问题到了难以解决的程度,也阻碍了计算机的进一步发展。如何进一步提高计算机的性能,未来的计算机模式又是怎样的呢?生物分子特别是蛋白质的一些特殊性质,给苦于寻找新材料的计算机设计者们提供了许多有益的启示