近日，南昌大学理学院物理系王立教授的最新研究成果以“Conformation-based signal transfer and processing at the single-molecule level” （单分子尺度下基于分子构型的信号传输与处理）为题发表于2017年9月18日的Nature子刊《Nature Nanotechnology》（DOI: 10.1038/NNANO.2017.179，影响因子：38.986）上。
南昌大学为该论文的唯一贡献单位，研究生李超及青年教师王仲平博士为论文的共同贡献第一作者，吕燕博士及刘小青副教授为工作的主要参与者，王立教授为通讯作者。
科研成果简介
未来的计算机可以小到什么程度？迄今无人可以做到详尽的回答。但毫无疑问，利用分子构建功能器件有希望突破半导体器件微小化发展中的瓶颈。目前分子器件的功能仅局限于在单个分子上实现，如何实现信号在器件间的传输及分子间的关联运算仍是分子计算中的重要挑战。王立教授课题组在室温下采用分子在固体表面的吸附取向为信号载体，利用基底-分子和分子-分子耦合作用，实现了分子间的信号传输并成功构筑了分子逻辑运算及分子摩托的原型器件。该工作为分子计算机的实现迈出了重要一步。
IEEE Spectrum 网站报道截图
世界知名专业机构电气和电子工程师协会（IEEE）的旗舰杂志IEEE Spectrum在本文发表后迅速以“For the First Time, Signal Transfer Between Molecules Has Been Achieved”为题进行了专门报道，并评价该成果为半导体领域中分子计算的新里程碑。
图1：分子间的耦合作用驱使分子转动
a SnCl2Pc分子吸附于Cu(100)表面的两种取向α 和β；
b STM 针尖操纵分子示意图，黄色箭头表示针尖，红色圆点为操纵位点；
c 近距离分子间的耦合作用驱使分子吸附取向的转变；
d （c）图中分子间距的变化；
e 与（c）图对应的模型图；
f 红线：单个SnCl2Pc分子吸附于Cu(100)表面时能量与吸附取向的关系；蓝线：（c）图分子最近邻排列时中间分子能量与吸附取向的关系。
图2:分子多米勒效应及信息沿着分子链传输
a 分子间耦合作用引发的多米勒效应示意图；
b i) 通过STM操纵SnCl2Pc分子构筑相邻分子链阵列，第一行和第二行分子的取向分别为α 和β；ii) 通过STM操纵将第一行的右侧α取向分子转换为β取向；iii) 由于分子间的耦合作用，第一行分子的其它α取向分子逐步自动转换为β取向；
c i) 通过STM操纵11个SnCl2Pc分子构筑复杂分子阵列，第一行和最后一行分子的取向为α，位于中间的分子取向为β；ii) 通过STM操纵将第二行的左侧β取向分子转换为α取向；iii) 由于分子间的耦合作用，位于中间的其它β取向分子逐步自动转换为α取向。
图3: 室温下分子逻辑器件的构筑
a 由四个分子构筑的逻辑与门模型图及对应的与门真值表，分子A和B为逻辑与门信号输入端，分子Y为与门信号输出端，顶端的分子C为与门控制端，α和β取向分别对应二进制中的“1”和“0”；
b-d 由四个SnCl2Pc分子构筑的实现逻辑与门功能的STM图像，操纵位于A和B位置的分子，通过分子间的耦合作用可以实现逻辑与真值表的所有运算。
图4: 分子转动的调控
a 五个分子构筑的阵列模型，通过分子间的耦合作用，X方向最近邻的α取向分子 和Y方向最近邻的β取向分子驱使中间分子持续转动；
b 红线：单个独立分子的能量与分子取向的关系。蓝线：五分子阵列的中间分子能量与分子取向的关系；
c 五个SnCl2Pc分子构筑的分子阵列，在[011]方向改变分子间距离调控中间分子的转动；
d 操纵过程中，分别沿着[01]和[011]方向分子间距。
实验观测及理论计算表明在室温下，通过位于Cu(100)表面的多个SnCl2Pc分子构筑分子阵列，利用分子间的耦合作用，以分子的吸附取向为信号载体，实现了信号在分子间沿着预期的路线传输，而且还可以实现逻辑运算。该工作为实现在室温下纯分子的逻辑运算及分子计算机的制备迈出了重要一步。
要读懂这项研究成果，可能需要一定的专业水准，小编只能简单理解为：
南昌大学一群很牛的人在一家很牛的学术刊物发表了一篇很牛的科研论文，被另一家很牛的学术机构评价为一项很牛的科研成果，总之就是牛！
排版：赵志远
来源：理学院