单分子传热速率的首次测量

该图显示了通过单个分子(连接室温电极的原子级尖端和加热电极尖端的碳原子链)的热量。来源：物理学家网络

根据物理学家组织网络最近的一份报告，由美国密歇根大学领导的一个国际研究小组首次测量了单个分子的传热速率，朝着制造分子计算机迈出了重要的一步。分子计算使用分子而不是硅来创建电路，最大限度地利用摩尔定律，并使建造最强大的传统计算机成为可能。

摩尔定律指出，集成电路中晶体管的数量每两年翻一番。目前，有许多评论认为摩尔定律正在“消亡”。人们普遍认为分子计算是摩尔定律的“终结者”，但发展分子计算机仍有许多障碍，传热就是其中之一。热传递指的是由于温差引起的能量传递。根据热力学第二定律，当有温差时，热量必须从高温转移到低温。

机械工程的埃德加梅霍弗教授说：“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链。当分子变热时，原子会迅速振动，导致原子弦破裂。”

但到目前为止，科学家还不能测量这些分子的热传递，更不用说控制它们了。在最新的研究中，研究人员进行了第一次实验来观察分子链中热量流动的速度。

近十年来，梅霍费尔的团队一直在为此做准备。他们开发了一种热量计，它具有极好的热敏性。他们把热量计加热到20-40。量热仪装有带纳米尖端的金电极；此外，韩国科学家已经制备了一种带有分子涂层(碳链)的室温金电极。

他们把两个电极放在一起，直到它们刚刚接触，这就把碳链中的一些原子能附着到了量热计的电极上。当电极接触时，热量从量热计中自由流动，然后研究人员慢慢地将电极拉开，这样只有碳链才能将它们连接起来。

他们用2-10个原子长的碳链进行了热流实验，但是碳链的长度似乎并不影响热量通过它的速度。在室温下，热量计和电极之间每相差1，传热速率约为20微微瓦(20太瓦)。

理论预测表明，即使分子链变长，长度达到100纳米或更长，纳米尺度的热传递也是如此。该团队希望澄清这是否属实。(记者刘霞)