摩尔定律最初是这样说的：集成电路能容纳的晶体管数目每两年会翻一番，打算能力也会翻一番。人们认为，照这样发展，晶体管末了会越来越小，终极发展到分子大小，照着摩尔定律发展，终极形式一定会是分子打算。然而在通往分子打算机的路上还有许多障碍，热通报便是个中之一。
“分子打算机的的电子元件，基本上便是两个电极和它们之间的原子串。当分子变热，这些原子就会快速振动，原子串就可能断裂。因此，传热是分子打算机的一个问题所在。”芝加哥大学机器工程系的教授埃德加·梅霍夫（Edgar Meyhofer）说。
“分子打算机的前景，取决于分子结处的热量是否能够快速耗散。”他的互助者普拉蒙·雷迪（Pramond Reddy）教授说。但是，现在的技能根本无法测试这些分子之间的热通报。
而这个技能最近有了关键性的打破。芝加哥大学的团队首次丈量到了分子链上的传热速率。他们的团队成员包括了来自日本、德国和韩国的研究职员。2017年，这个研究团队曾首次不雅观察到，在室温下将金属拉伸成一条单原子粗细的原子结时，热量会以量子化的办法传导。
在室温下将金属拉伸成一条单原子粗细的原子结时，热量会以量子化的办法传导丨密歇根大学
为了搭建可进行这个实验的平台，梅霍夫和雷迪已努力了近十年。他们制作了一种和周围环境近乎绝热的量热计，使它们具有超高的热灵敏度。利用时，要把量热计加热到比室温高20-40摄氏度。
量热计上装有金制电极，电极有一个纳米级尺寸的尖端，大约是人类头发直径的几千分之一。研究组制备了一个表面包覆了碳分子链涂层的金电极，电极本身为室温。
他们将两个电极逐渐靠近，直到刚刚好相互打仗，这使得金电极上的一些碳原子链能够附着在量热计的电极上。这时，热量从热量计中自由地流出，就像电流一样。然后研究职员逐步将两个电极拉开，这样只有碳原子链连接在电极之间。
在分离过程中，这些分子链一个接一个不断撕裂或掉落。通过丈量流经电极的电流，研究者能够推断剩余的分子数量。来自德国和日本的互助者打算出了只剩末了一个分子时预期的电流值，以及该当通过这个分子通报的热量。
当电极之间只剩下了一个分子时，研究小组将电极的间隔保持不变，直到分子自己脱落。这会导致量热计产生溘然而轻微的温度上升。通过这个小小的的温度升高，研究团队得以算出有多少热量流经了单分子碳链。
实验事理示意图丨密歇根大学
他们对2到10个原子长的碳链进行了实验，创造链的长度彷佛并没有影响热量传导的速率。在室温下，量热计和电极之间的传热速率约为20皮瓦/每摄氏度，1皮瓦为20万亿分之一瓦。
“在宏不雅观天下中，对付像铜或木材这样的材料，热导率随着材料长度的增加而低落。金属的电导率也遵照类似的规则，”论文的第一作者，2018年毕业的崔龙基（Longji Cui）博士说。现在他是莱斯大学物理系的一名博士后研究员。
“然而，纳米尺度下的情形会和宏不雅观尺度下的差别很大。”崔博士说。“极度情形之一便是在分子结的层面上，这时传热是量子化的。我们创造，电导率随着长度的增加呈指数低落，而热导率却差不多保持不变。”
理论打算预测，纵然分子链长得多，比如100纳米或更长——这大约是100倍于本实验中利用的10个碳原子构成的链——热量的传导也能保持一样的水平。目前，研究团队正在探索如何用实验证明这个猜想的精确性。
接下来，研究团队也会考试测验去丈量短分子链或聚合物链的热传导。
翻译：巴利斯坦
编辑：Luna、李子
参考来源：
密歇根大学官网及https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/uom-tmc071819.php
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