全球首个“气体分子二极管”问世

中化新网讯 近期，北京大学集成电路学院王路达教授联合力学与工程科学学院宋柏教授团队，成功研制出国际首个高效“气体分子二极管”，实现了对气体分子如同电子在二极管中那样单向、定向的流动控制，一个方向的气体流动最快可比另一方向快出近百倍。相关成果日前发表于《自然·材料》。

王路达解释说，在电子世界，二极管就是那个只允许电流从一个方向流动的“单行道”，如果把电子比作训练有素的士兵，能在芯片的“高速公路”上听从指令、单向冲锋，那气体分子则像一群顽固的“自由兵”。而如今，研究团队则让这群“自由兵”首次排起了队，看向了同一个方向。

为了实现这一点，团队把目光投向石墨烯——这种仅有一个原子层厚度的材料，薄到堪称“二维世界的神奇薄膜”。团队在这层薄膜上打了一个孔，这个孔的大小为埃米级。更重要的是，团队在石墨烯上构筑了“不对称”的埃米孔结构：分子从一个方向过来，像走平缓斜坡，稍稍用力就能“翻”过去；从反方向过来，却要直面一道陡峭“台阶”，几乎无法跨越。正是这种原子级别的“地形高差”，让气体分子只能朝一个方向走。

为了检验“气体分子二极管”性能，团队制备了多组器件，对10种气体进行系统测试。结果显示，氧气、氮气等7种气体均展现出定向通行效果。“这项突破不只是实验室里的新发现，更有望在现实世界中派上大用场。”王路达解释说，以后提纯氧气、氮气等重要气体，可能会比现在更节能、更低碳、更高效。