(節(jié)選)
分子邏輯器件是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院物理化學(xué)研究所郭雪峰研究員和中國科學(xué)院化學(xué)所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張德清研究員目前在《2008科學(xué)發(fā)展報(bào)告》發(fā)表了一篇題為“分子邏輯”的文章。文章對分子邏輯的概念及其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單介紹，并重點(diǎn)介紹了半加器和半減器、全加器和全減器，最后對分子邏輯研究的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析和總結(jié)。
文章首先簡單介紹了分子邏輯的概念及研究熱點(diǎn)。分子邏輯是對分子或超分子實(shí)施兩個(gè)或兩個(gè)以上的復(fù)雜操作，得到相應(yīng)的邏輯信號，適用于0、1二進(jìn)制的布爾邏輯運(yùn)算，從而達(dá)到數(shù)字計(jì)算的目的。分子邏輯器件主要是利用化學(xué)體系中分子在外界刺激下發(fā)生的酸堿反應(yīng)，構(gòu)象變化，光誘導(dǎo)的電子、質(zhì)子和能量轉(zhuǎn)移反應(yīng)，光誘導(dǎo)的異構(gòu)化，氧化還原反應(yīng)以及各種超分子化學(xué)變化來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。分子邏輯的研究不僅可以大大推動分子電子學(xué)的研究的發(fā)展，最終構(gòu)建新一代的分子計(jì)算機(jī)，而且也有助于我們加深對許多重要而復(fù)雜的生物過程的理解。目前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)是如何把相對比較簡單的邏輯門，合理地集合起來組成更高層次的相對比較復(fù)雜的邏輯回路，如半加器，半減器，全加器和全減器等。
接著，文章對半加器和半減器、全加器和全減器進(jìn)行了介紹。半加器和半減器都要求有兩種輸入信號（I1和I2）和兩種輸出信號（和位數(shù)和進(jìn)位數(shù)），完成加法和減法運(yùn)算。前者是一個(gè)AND邏輯門和一個(gè)XOR邏輯門的組合；后者是一個(gè)AND邏輯門和一個(gè)INHIBIT邏輯門的組合。而要想實(shí)現(xiàn)分子計(jì)算機(jī)，科學(xué)家們必須完成全處理器的設(shè)計(jì)，譬如全加器和全減器。一般來講，全加器和全減器分別需要兩個(gè)半加器或半減器的組合，即全處理器需要復(fù)雜性強(qiáng)得多的體系來完成邏輯運(yùn)算，它必須能接受至少三個(gè)輸入信號，給出至少兩個(gè)輸出信號。由于全處理器需要更復(fù)雜性的分子體系，因此目前全處理器的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)。用納米管和納米線來實(shí)現(xiàn)納米尺寸上的邏輯運(yùn)算從結(jié)構(gòu)和原理上都更接近于傳統(tǒng)的電子器件，更具有應(yīng)用的前景。
最后，文章指出，分子邏輯研究需要化學(xué)、物理和材料學(xué)的跨學(xué)科研究，目前仍存在很多亟待解決的問題，離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離。但是分子邏輯器件具有獨(dú)特的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。（摘自中國科學(xué)院“科學(xué)發(fā)展報(bào)告”課題組撰寫的《2008科學(xué)發(fā)展報(bào)告》）
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