现在，人们已经具有能制造出为电子仪器行业所利用的越来越小的结构的能力，这种能力使物理学家能够去研究电子被约束在大大缩小了的容积中所表现的行为。与此同时，一项新的研究也正在发展之中，在这项研究中胶体化学使人们有可能制造出一个原子紧接着一个原子的，达到纳米数量级尺度的结构，这种自动装配起来的并附有以金属制版方式确定了电极的纳米结构的集成化很可能会揭示出新的物理原理，而且可能还会导致以量子力学效应为基础的新的电子器件。

在过去20年期间固体物理激动人心的发现来自电子的磁场吸持。例如，把电子在一个强磁场中吸持到二维上的运动就产生了以量子霍耳效应为特征的新的物质形态。霍耳效应是一种电位差，它在垂直于电流和磁场的方向上被产生出来。在低温强磁场下，这个霍耳电压对电流的比率是精确地被量子化的。量子霍耳效应是通过在一个半导体三极管内部由人工特殊的材料界面吸持电子的方式观察到的。类似的器件——它们被称为场效应晶体管或EET——则是在计算机和蜂窝状电话机中被发现的。

这些EET器件是简单的器件，它由三层组成——一个金属层（称为“门”）一个绝缘层和一个半导体层。（见图la）两个接触器依附在半导体上，一个称为“源”，另一个称为“漏”，它们允许电子进入和流出，另外还有一个接触器附在“门”上。当“门”上的电压为正，电子就被推进到半导体中，半导体变成导电体，而电流则可以在“源”和“漏”之间所产生电压的影响下产生。当电压为负，电子被移出，半导体成了一个绝缘体，没有电流产生。因此，EET是一个“开关”，当电子被增加时，它就开启，而当电子移走时，它就关闭。

图1.场效应和单电子晶体管

（a）场效应晶体管（b）单电子晶体管

当电子被吸持到“源”和“漏”之间一个很小的容积内，而且由很薄的绝缘壁把两个接触器分开时，一种新型的晶体管就产生出来了。这些绝缘壁只在量子力学隧道效应的意义上允许电子进入或流出。按照量子力学，电子可以穿透那些经典上不能被进入的区域.这就称为隧道效应。因为吸持作用，电子的电荷和能量都是量子化的，因而很小的体积就像一个人工制造的原子。一般地说，把一个电子放入（或提取出）吸持的区域都需要附加的能量，因此，对大多数门电压的数值而言，电流是不可能通过晶体管的。但是，对某一特定的电压，具有N个被吸持电子的晶体管的能量恰好与具有N+1个被吸持电子的晶体管的能量相等。对这个电压值，人工制造的原子的电荷就会发生起伏，从而出现电流。这种情况和在一个电化学元胞的溶液里离子的两种氧化作用状态之问的平衡极为相似。由于晶体管对每一个N值都在同一个电压下导通，因此，当一个电子被附加到晶体管上时，晶体管就再次开启和关闭。

利用金属制版技术，人们已经可以用一些方法制造出SET（单电子晶体管）；见图1b）。然而，大部分SET只在很低的低温下运行（典型的温度是小于10 K）。运行的温度与对人工原子附加一个电子所®的能量成正比，这是因为这个能量起源于两个电子之间的库仑排斥作用，它随吸持区域的半径的倒数而改变。因此，为了制造出在高温下运行的SET,就需要把电子吸持到比利用现有的金属制板技术能达到的更小的容积中去。

但是，在过去几年中，化学家们利用胶体化学已经能制造出直径达到15 Å大小的半导体的体积。纳米晶体的缓慢生长使人们可能进行高精度尺寸的选择，因此，高质量的几乎完全相同的晶体就有可能被生产出来。如果人们能够用导线把这些晶体相连结，这些晶体就会成为奇妙的SET。然而，金属制版技术只能限于产生出大于500 Å左右的容积，纳米晶体则局限于小于150 Å左右的尺度；如果它们的尺度较大一些，它们就会从胶体悬浮物中析出。因而，如何在这个尺度的差异之间建造一个“桥梁”，就成了一个很大的挑战。

克莱因和他的同事们已经发现了一种巧妙的方式来证明这件事是确实可能实现的。他们用一个绝缘体在它的顶部制作了一个金属“门”，再利用金属制版技术在绝缘体表面上产生出金属的“源”和“漏”电极。因为在“源”和“漏”之间只需要一个间隙而不是一个容积，因而克莱因等人就可以把这个间隙制作到大约50 Å的数量值。当他们最后在表面上沉淀出55 Å半导体纳米晶体时，一旦有一个电子落入这个间隙，就会产生出一个单电子晶体管。人们第一次利用一 种从胶质上生长的纳米晶体在吸持的区域内制备了—个完全的SET，而且所观察到的能量尺度相当大。

本质上，这种技术不可能产生出大批的实用器件。尽管如此，克莱因和他的同事们成功的原理例证表明，金属制版技术和化学技术的结合最终可能会变成一种实用的方法以生产出最小的晶体管。

［Nature，1997年10月16日］