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信号处理器研究取得新进展

  信号处理器研究取得新进展

  现代信号技术中的各种信号处理器,如放大器,分路器等,都是利用电子或光子信号处理。当处理器缩小到纳米或分子水平时,由于纳米之间的热波动和空间间干扰,在分子水平上准确地发信号,转换和放大通常是非常困难的。电子和光子容易互相干扰,所以信号处理器的设计和生产是非常困难的。
不能直接用电子和光子传输和处理信号吗?近日,中国科学院上海应用物理研究所研究员方海平,博士研究生屠雨松和美国IBM沃森研究中心的周如红博士等人,使用水分子,特别是约束在特定的纳米 - 管“排列”水分子链“水分子倍增”的设计。单电荷诱导的弱信号可以通过这个水链并被放大。研究人员利用分子动力学模拟观察到,在有限的空间中,弱水偶极子信号被有效地双倍放大为两个或更多的信号。该研究发表在Proc。国家科。科学院。科学。美国,106,18120,2009年,一个国际科学杂志。研究发现,当水分子被限制在一个合适的Y-碳纳米管半径时,管道内的水分子“连续”形成一维水分子链,水分子管中的偶极子BT内的定向可以由主(MT)操纵。当水分子占优势偶极取向下降时,两个子管水分子的偶极取向也下降;当主管内水分子的偶极子取向向上时,每个分子管的水分子偶极性方向就有上升或下降的概率相同;从而实现了通过子管中水分子的偶极取向来识别主管中的单电子信号的诱导源。如果用管道中的水分子的偶极矩来判断,主管道中的水的负偶极矩会导致副管道的负偶极矩,而主管道中的水的正偶极矩会导致每个子管道的极化时刻趋于零的平均时间。这种水链表征的分子扩增主要是由于水链分子的单链单链的偶极诱导排序。这种信号通过和放大的能力在室温下是相当稳定的;信号对感应电子极性变化的响应是相当快的,延迟时间只有几十到几百纳秒。生物传感器,分子开关和神经系统的分子水平信号传输和放大都是至关重要的。在这些系统中,原始信号通常较弱,不易检测。生物信号如何被热噪声传输,转换和放大也是科学家们一直试图回答的问题。这些研究成果有助于了解水在生物分子结构和功能中的重要作用,为揭示电子器件在分子水平上的设计和生物系统中的分子信号提供了启发。这项工作是由山东大学,美国IBM沃森研究中心和哥伦比亚大学的研究人员共同完成的。该研究得到了中国科学院,国家自然科学基金,科技部,人事部和上海市人民政府(通过上海市超级计算中心)的资助和IBM Blue Gene项目在美国。 (来源:中国科学院上海应用物理研究所)

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