二 分子开关

开关是以二进制为基础的电子计算机的主要器件之一，而要在分子水平上研制分子电子计算机，分子开关（molecular switches）是断不可少的。目前，欧美许多科学家把视线主要投放在光控、温控和电控等类型的分子开关的研制上。

美国 Gokel 教授研究的氧化还原型电控开关（redox-switches）就是其中一例。如蒽醌套索醚电控开关，它是通过电化学还原使冠醚“胳膊”阴离子化，从而加强对流动阳离子的束缚力，达到“关”的作用； 再借氧化作用使其恢复到原来的“开启”状态，使阳离子顺利流动（见图 5）。

荷兰格罗尼根大学的 W.F.Jager 等人研究的光控分子开关则是通过不同波长的光源来调控分子的构型，达到开关的目的（见图 6）。

迄今为止，分子开关的设计已有许多种方案，而其中构思最为巧妙的莫过于 Sixl 和 Higelin 所设计并合成的 N-邻羟亚苄基苯胺（N－ Salicylideaniline）光控分子开关（见图 7）。

N-邻羟亚苄基苯胺具有光致重排性质聚乙炔链与 N-邻羟亚苄基苯胺相连[见图 7（b）]，不难看出，在上图左边，即当分子处于基态时，与邻羟亚苄基直接相连的多聚乙炔链的共轭体系为单键、双键相间的连续传导系统，即分子开关呈开启状态；而在上图右边，开关分子处于光致激发状态，多聚乙炔链的共轭体系发生间断，从而使其传导功能终止。此时，分子开关呈关闭状态。

毋庸置疑，N-邻羟亚苄基苯胺光控分子开关，的确是一种十分精巧的设计。但是，要将这种有机分子开关按指定的部位，引入导电聚合物， 还有待于进一步探索。

由于有机合成化学家们的努力，分子导线、分子开关以及分子整流器和分子存储器的设计与合成等研究工作已初见成效。然而，如何将这些分子元件组合成功能电路，却是 21 世纪分子电子学领域里的一个更具挑战性的课题！

1982 年，美国科学家研制成功扫描隧道电子显微镜（STM），使人们对于在分子水平上研制电子器件充满了信心。从工作性质上来讲，扫描隧道电子显微镜是一种分辨本领极高的表面分析仪器；但是，它的应用却远远不只是限于仪器分析范畴。在此基础上研制的分辨能力达 0.1— 0.01nm 的原子操作仪，估计不久将会问世。事实上，科学家运用扫描隧道电子显微镜已成功地将单个的原子从探针尖上位移到晶体表面。当然，要使分子器件的设想转变为现实，还要做许多基础性研究工作。不过，我们仍然可以乐观地预言，随着人们对于客观事物的深入了解，分子器件甚至分子电子计算机的问世，都将不会是太遥远的科学梦幻。