密歇根大學(xué)帶領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次測(cè)量通過(guò)了單個(gè)分子的熱傳遞速率

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)首次測(cè)量了通過(guò)單個(gè)分子的熱傳遞速率，朝制造出分子計(jì)算機(jī)邁出重要一步。分子計(jì)算利用分子而非硅來(lái)創(chuàng)建電路，可最大化摩爾定律，使造出最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)成為可能。

摩爾定律稱，集成電路中晶體管的數(shù)量每?jī)赡攴环?，目前認(rèn)為摩爾定律已經(jīng)“日薄西山”的言論層出不窮。人們普遍認(rèn)為分子計(jì)算是摩爾定律的“終結(jié)者”，但研制分子計(jì)算機(jī)還面臨諸多障礙，熱傳遞就是其中之一。熱傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移。由熱力學(xué)第二定律可知，有溫度差存在時(shí)，熱必然從高溫處傳遞到低溫處。

機(jī)械工程教授埃德加·邁霍費(fèi)爾說(shuō)：“熱是分子計(jì)算中的一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)?a target="_blank">電子元件基本上是連接兩個(gè)電極的原子串。當(dāng)分子變熱時(shí)，原子會(huì)快速振動(dòng)，導(dǎo)致原子串?dāng)嗔??！?/p>

但迄今為止，科學(xué)家一直無(wú)法測(cè)量沿這些分子的熱傳遞情況，更不用說(shuō)對(duì)其進(jìn)行控制了。在最新研究中，研究人員進(jìn)行了第一個(gè)觀察熱量流經(jīng)分子鏈速度的實(shí)驗(yàn)。

近十年來(lái)，邁霍費(fèi)爾團(tuán)隊(duì)一直在為此做準(zhǔn)備。他們開(kāi)發(fā)了一種量熱儀，其擁有出色的熱敏性，他們將量熱計(jì)加熱到20℃—40℃。量熱計(jì)配備有一個(gè)金色電極，其擁有一個(gè)納米尺寸的尖端；另外，韓國(guó)科學(xué)家準(zhǔn)備了一個(gè)帶有分子涂層（碳原子鏈）的室溫金電極。

他們將兩個(gè)電極放在一起，直到它們剛接觸，這使碳原子鏈上的一些原子能附著在量熱計(jì)的電極上。在電極接觸的情況下，熱量從熱量計(jì)中自由流出，然后研究人員將電極慢慢拉開(kāi)，使只有碳原子鏈能連接它們。

他們用2—10個(gè)原子長(zhǎng)的碳鏈進(jìn)行了熱流實(shí)驗(yàn)，但鏈的長(zhǎng)度似乎不影響熱量通過(guò)它的速率。在室溫下，傳熱速率為量熱計(jì)和電極之間每相差1℃，傳熱約為20皮瓦（20萬(wàn)億分之一瓦）。

理論預(yù)測(cè)表明，即使分子鏈變得更長(zhǎng)，長(zhǎng)度為100納米甚至更多，納米級(jí)的熱傳遞也是這種情況，該團(tuán)隊(duì)希望厘清這一情況是否屬實(shí)。