单分子热传递速率首次测得 向研制分子计算机迈出重要一步

该图显示了通过单个分子(一个桥接室温电极和加热电极尖头原子级尖端的碳原子链)的热。图片来源：物理学家组织网

　　摩尔定律称，集成电路中晶体管的数量每两年翻一番，目前认为摩尔定律已经“日薄西山”的言论层出不穷。人们普遍认为分子计算是摩尔定律的“终结者”，但研制分子计算机还面临诸多障碍，热传递就是其中之一。热传递是指由于温度差引起的能量转移。由热力学第二定律可知，有温度差存在时，热必然从高温处传递到低温处。

　　机械工程教授埃德加·迈霍费尔说：“热是分子计算中的一个重要问题，因为电子元件基本上是连接两个电极的原子串。当分子变热时，原子会快速振动，导致原子串断裂。”

　　但迄今为止，科学家一直无法测量沿这些分子的热传递情况，更不用说对其进行控制了。在最新研究中，研究人员进行了第一个观察热量流经分子链速度的实验。

　　近十年来，迈霍费尔团队一直在为此做准备。他们开发了一种量热仪，其拥有出色的热敏性，他们将量热计加热到20℃—40℃。量热计配备有一个金色电极，其拥有一个纳米尺寸的尖端;另外，韩国科学家准备了一个带有分子涂层(碳原子链)的室温金电极。

　　他们将两个电极放在一起，直到它们刚接触，这使碳原子链上的一些原子能附着在量热计的电极上。在电极接触的情况下，热量从热量计中自由流出，然后研究人员将电极慢慢拉开，使只有碳原子链能连接它们。

　　他们用2—10个原子长的碳链进行了热流实验，但链的长度似乎不影响热量通过它的速率。在室温下，传热速率为量热计和电极之间每相差1℃，传热约为20皮瓦(20万亿分之一瓦)。

　　理论预测表明，即使分子链变得更长，长度为100纳米甚至更多，纳米级的热传递也是这种情况，该团队希望厘清这一情况是否属实。