银基原子开关已由日本研究人员开发，能够在单个分子和电极之间建立稳定的电气连接，解决了分子电子学中关键的布线挑战。

当施加正电压，银原子运动，在两个电极之间形成导电桥，从而使开关“导通”。反之关。闭图：东京科学研究院

该开关通过施加电压并反转时形成和断裂银原子导线来工作，对应于“开”和“关”状态。这种方法使得能够规模化集成分子组件，为由单一分子构建的超紧凑且能效高的电路铺平了道路。

未来的电子电路可能不会由硅构建，而是由单个分子构建。科学家们已经证明了分子电子学可以作为整流器、开关和存储单元正常工作。这类设备预计比当今的电子产品更小且更加节能。然而，在分子与金属电极之间形成稳定的电气接触是一个关键挑战，这对于将单独的组件组装成一个功能电路是必不可少的。

一种解决方案是使用原子开关（AS），这是一种传统机械开关的聪明替代品。与依赖移动部件不同，AS依靠化学反应来移动金属离子或触发氧化还原变化以创建和切断导电路径。这使其更加简单、可靠，并且更容易集成到下一代分子电路中。

为实现AS在分子电路中的应用，日本东京科学研究所（Science Tokyo）的研究人员现已证明了一种基于银的原子开关，可以在固态环境中连接单个分子。该研究于2025年10月在线发表在《Small》杂志上，标志着朝着创建能够连接不同分子电子组件的分子接头迈出了一步。这项研究由东京科学研究所助理教授松尾正人（Satoshi Kaneko）和西野智昭（Tomoaki Nishino）领导，与博士生稻村岳人（Akira Aiba）、西岛宣治（Sekito Nishimuro），以及来自材料科学日本国家研究院的藤岡敦史（Tohru Tsuruoka）博士共同合作完成。

“AS 的利用可以在固态环境中实现稳定的分子连线，允许直接对功能分子施加电压。这种方法消除了电极机械操作的需要，简化了设备设计，并使并行化和集成成为可能，这些都是迈向可扩展分子电子学的关键步骤，”金子eko说。AS 形成在氧化钽（Ta2O5）薄膜上。

引入乙炔气体分子，并施加一个小电压以形成连接这些分子的银原子丝。当施加正电压时，银原子移动并形成一条桥接电极的丝线，使开关“开启”。反转电压会断开这条丝线，使开关“关闭”。

在丝状物破裂时，乙炔分子会被困在剩余的银原子之间，形成一个分子连接。在这种状态下，乙炔分子本身充当了电极之间的桥梁，允许电流通过。进一步改变电压最终会破坏这种分子连接，完成切换周期。基于Ta2O5的银AS在超高压真空条件和乙炔环境中以较低电压（约0.3V）下稳定运行。

团队确认他们的开关如设计般工作，使用了一种称为非弹性电子隧穿光谱的技术。该方法检测了分子在电流通过它们时产生的微小振动。乙炔分子产生了清晰的振动信号，表明它们直接连接到银丝，并有助于传导电流。此外，该设备的导电性显示出了从10^-3到10^-1G0的值，这与单分子 junctions 的典型值相符，确认了在分子水平上存在电气连接。

此新方法消除了需要手动调整电极以形成分子连接的需求，这一过程长期以来限制了分子电子学仅限于实验室实验。通过使用原子开关，可以自动同时创建多个分子连接，为可靠且可扩展的制造方法铺平了道路。“这些发现预计将显著促进利用分子量子性质开发高效节能分子设备（如开关和传感器）的发展。”岩根说。

这一突破使我们更接近于超紧凑型和节能型设备，在此类设备中，整个电子电路由单一分子构建而成。

勇编撰自论文"氧化还原诱导的原子开关作为分子电子器件的平台".Small.2025相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。