由分子材料做成的电子元件，线度一般为毫微米数量级。单个分子就有可能被做成固体电路中的—个基本元件。分子材料在光电子学，数据处理及模式识别等方面曾展示了迷人的前景，以致到后来SERC成功地创立了分子电子学这门科学。目前用在这方面的预算每年不少于一百万英镑，但是还不知道我们是否能获得分子材料的资源。
过去，人们不断设法缩小电子元件的尺寸，直到今天，这种大规模电路的集成化还在继续向前发展。照这样下去，只要到下个世纪中期，单个元件的线度就有可能达到1纳米左右，这一线度大约仅相当1000个分子排列起来那么小。
有希望实现这个复杂要求的办法是设法把分子做成元件，根据上述目的开发材料，使所采用的材料适合于制造新的或改进原来信息处理设备中的常用元件，是分子电子学的基本任务。
只要列举两个很简单的理由就能说明为什么开发分子材料居然也能算作是电子学。第一个理由是，现在大部分材料（可列举出几百万种已知分子）当中，已被利用的确实仅只占很小一部分。另一个理由是，在一般的固体材料中，有些材料——例如绝缘体、半导体、光电导体、金属导体、超导体、铁磁体等早已向人们显露了它们可供利用的优点。
除了上面陈述的两个一般的理由之外，分子材料还具有其特殊的优点，高密度组装是优点之一，具有能用化学方法控制其状态和电子性能的可能性则是它的另一个优点 · 这两个优点从原则上为我们提供了对分子材料的灵敏性和密集组装等方面进行选择的条件。分子材料的特点正是由这两个优点确定的。另外，我们还可以进一步改进组装工艺，通过物理或化学方法把仅有单层分子厚度不同材料的沉积层，一层一层地附着到固体基片上。
分子材料的结构是由构成分子的属性决定的。例如单层分子的厚度，分子晶体的结构和生物材料的构成……都可以用分子间的相互作用解释，因此这些分子材料都能复制。此外，我们还能从尺寸及形状方面，从它受别的分子或受光的影响等方面考虑，做到有选择地制备符合各种要求的分子材料。
—个头脑清醒的人，决不会因为已认识上面提到的这些优点而感到惊讶，人们还需要进一步了解分子材料中结构与性能之间的相互联系，掌握所需制取的化合物结构然后才能去制取它们，是今天唯一被人们喜爱的课题可能受到的限制。值得庆幸的是，已经证实，到目前为止，化学合成方面，更多存在的是获得成功的设计，而不是严重的障碍（不过，在实际合成中，我们不能忽视工艺技术和设计方面的要求）。一旦开始制备这些材料，在实际操作中，还必须提纯材料，使之处于十分稳定的状态，合格的材料，在生产和使用时，应无任何危险。对我们所考虑的产品来说，价格应相当便宜。
应该使用什么样的分子材料？我们认为必须把注意力放在以下三类物质上：聚合物，Langmuir-Blodgett膜和光学材料。
聚合物
微电子学中，人们早已使用聚合物做集成电路显微金属印刷板的保护膜了，不过，这样做不符合必须用分子材料做实用元件的分子电子学定义。因此，以往聚合物并不曾出现在终端设备的电路中，由于应用的需要，人们常在聚合物的主链上嵌接具有力学性能或电子学性能的基团。
以苯环及与其类似的化合物为基础的芳香族物质分子往往能加工成光电导晶体，这样的光电导晶体已应用于照相复印技术，但是它们不容易被加工成面积较大的薄膜。如果把这样的分子挂接到聚合物的长链上（如洗涤物悬挂在绳索上那样），就可以把它加工成薄膜了。例如，目前已在商业照相制板上使用的聚乙烯基咔唑（即PVK）。假如再在它上面添加一些极性基团，还可以获得压电性和热电性的聚合物，如聚偏二氟乙烯（即PVDF），它们能根据外界温度和压力的变化产生电信号，反之也能根据电路中的电流信号产生一定的压力和温度。这类可制成薄膜的物质，还能应用到微电子学中，制造红外探测器或红外传感器。
用聚合反应方法制得的分子材料，具有更牢固和更容易加工的特点，包含有适当功能团有序排列的分子有可能在聚合之后不再大量裂解，最常见的例子是聚丁二炔（即PDAS），用这种方法制得的材料，力学和热学性能都很好。
对分子电子学来说，更重要的也许还是那些经过电话化以后起连接作用的主链上没有特殊功能末端基团的聚合物——最具有代表性的典型是聚乙快。掺杂以后，它的导电率能在极大范围内变化。因此非常有可能与别的化学物质反应而使它氧化或还原，尤其是最近，在制取聚乙炔膜方面取得了很大发展，已获得高达105S · cm-1的导电率，这个导电率已接近铜的导电率了。
聚P苯撑、聚氮杂茂、聚硫杂茂等以芳香族化合物为基本重复单位的聚合物已能制备，它们中的大多数通过电化学聚合方法制备是很方便的。它们比聚乙炔更容易加工，更容易拉伸、压延，但是它们的导电性能都不太理想。
人们曾经对导电聚合物的应用进行过预言，它的应用包括用来加工成分子元件中的电极或导线。最后也许还可能被制成“分子导线”，这种导线可作为有效分子元件及混合线路中其它半导体元件之间的连接线。用聚氮杂茂制造分子元件使人联想到晶体管的制造，晶体管中三根很细的金电极是用传统方法焊接到硅基片上去的，而用聚氮杂茂做电极时，则可用电化学方法把它附着到硅基片上。假若把这样的分子元件封装到电介质中，只要设法让其中心控制极的电势高于使氮杂茂氧化的限度，于是，其外部电源和栅极之间的电流就会大大增强，这就是说，只要改变栅极电流就能提高栅极电压（不过响应的速度十分缓慢）。
Langmuir-Blodgtt膜。
我们可以通过人工合成方法合成仅有一个亲水基团，而其它基团都被水排斥的分子材料（最典型的例子是洗涤剂）。由于疏水性基团会被水排斥，因而具有上述两种基团的分子将吸附到水与空气之间的介面上。该表面层再被压缩，变成只有单个分子那么厚的密堆积层，然后再设法把它们转移到浸在液体里的固体基片上，制成Langmuir-Blodgtt（LB）膜。
LB膜虽不是晶体，但它却高度有序并十分理想，它的厚度完全取决于单个分子的线度和附着层的层数。如果采用适当的设计，我们还能获得各种在电学、磁学、光学及化学等方面符合需要的薄膜。
正像上面所指出的那样，材料分子的化学活动性在聚合反应中已充分发挥作用，因此，通过聚合反应得到的LB膜都很稳定。更有趣的是，人们还能借助于光束或电子流“记录”单体聚合的微观结构。因为聚合物的溶解度不同于单体，它不易溶解，所以它的成形膜常用来作保护膜、ω - 廿三（碳）烯酸是一种非常恰当的单体，它比别的物质更容附着到固体基片上，聚合物还具有与单体不同的折射率，所以聚合物的成形膜，还可用来在集成光路中控制光束。
LB膜作为绝缘材料可用来提高金属 - 半导体 - 绝缘体（MIS）固体器件的性能。因为Ⅲ-V，Ⅱ-Ⅵ半导体中没有合适的绝缘化合物，所以这时，膜十分有用。例如用磷化镓材料制造场致发光二极管。如果在磷化镓基片上镀上两层含镉的膜，那么由于注入的少数正电荷载流子浓度增加而使其发光强度大大增强。
与之类似的例子是，以碲化镉作为基片制成的MIS太阳能电池，如果在碲化镉基片上镀两层含硬脂酸镉的LB膜，它的效率比作用与之相同而没有绝缘层的普通肖特基势垒元件提高大约50%。
我们还可以用LB膜做MIS双稳态开关元件隧道的隔离材料，MIS双稳态开关元件既有存贮作用，又能作为开关元件，当它受到光或环境气体的作用时，产生表面效应而启动，用膜制成的其它传感元件，也可通过它的电子学效应，或基片的振动状态来探测所发生的变化。
非中心对称的LB膜一般由不同物质的交替层构成。这种膜是热电性物质。因此，我们能确定它们在固体元件中的应用。如它可用来做红外探测器。另外，它还具有能够应用于光电子学的非线性光学特性。
早已获得充分发展的薄膜制造技术，使人们很自然地认为LB膜的制造是在普通薄膜制造技术的基础上发展起来的。LB膜不仅具有可被选择和能再加工的优点，而且还具有不需要经过高温加工的经济上的优点。当然，我们还能使用更有效的化学方法在基片上涂敷有两个活性基团分子的薄膜。具体的做法是：首先设法保护基片的某一面，在它的另一面上涂敷分子薄膜，让它形成新表面，然后清除保护剂，再让这一面与更多具有二官能团的分子起反应，以形成第二层分子层…目前Langmuir-Blodgtt薄膜制备技术，已使上述化学方法显得已不太重要。不过，化学方法在传统电子器件和未来分子材料范围内的混合器件之间形成了十分有效的联系。
光学材料
在电子学应用领域里，显示，数据处理、信息传递等光学设备早已被人们开发利用。这里，我们所指的光学材料，实际上是在某些材料中添加或取代对应的电子物质。某些分子材料——比如染料——我们已经实现了对其颜色和稳定性等方面的控制。目前，专家们又在想办法利用它的其它性质。
光学材料具有能通过光照的变化来改变颜色（光致变色），或通过电压的变化来改变颜色（电致变色）等特性。它们可用于存贮信息，显示信息。光致变色传递信息非常迅速，其快犹如闪光，在理想的情况下，人们可首先利用某一种波长的光记录信息，其次可利用它来识别信息，第三步还可抹去它们，然而要做到这些，很明显还需要做精细的分子“剪裁和缝制”工作。
我们十分熟悉手表和计算器里的液晶显示——它大概是分子电子学领域已获得成功的最佳范例——在很大程度上应归功于化学、物理学、电子学等学科之间的相互协作。人们利用具有适当支链的聚合物制取液晶。借助液晶的非均衡散射态和其在电场中所形成的均衡束缚态之间的明显差别存贮信息资料。当温度低于玻璃的陆界温度时，聚合物冷却，凝结为均衡态、一个呈均衡态的样品，也可用激光束对其暂时加热，使之超过玻璃的临温度，破坏局部均衡，实现信息的记录。
在光学信息的传递和处理方面，分子材料展现了广阔前景。光束能用很高的速度大量传递信息，但是，在必须把光信号转变为电信号时——如光放大就是这样——就无法充分获得上述这些优点了。我们要求光学信息的传递和处理设备能直接改变、调整、放大并合成光束。这些都要求分子材料具有明显的非线性光学特性和抗光学损耗的特性。
倍频波或二次谐波是否出现取决于材料的二级灵敏度想x(2)，而分子材料的二级灵敏度x(2)又取决于被称为高极化率的β和分子结构等特性，因此人们必须设法寻找β的最大值，并试图确定分子材料的结构。
假如分子中的电荷从一端转移到另一端，这时它的β值也会随之变大。这样我们就能直接得到符合需要的晶体。当然通过十分精细的分子加工，把各种适合的化学基团配置到苯环上，也能得到符合我们需要的晶体。上述分子范例与晶体制备技术激励人们不断寻找新的、更有效的分子基团，以促进分子中的电荷实现转移，或有效控制分子材料的结构。
上述这些材料的其它非线性光学性能，还取决于材料的三级灵敏度x(3)，包括双稳性在内的各种光学现象都受x(3)的影响（这类光学材料一般都用来制造光学控制开关和放大器）。通过把适当的非线性分子加入到具有光学性能的聚合物中，就能得到非线性光学材料。这方面目前已取得重大发展，我们既可以设法让溶液中的杂质慢慢扩散聚合物中，也可以使用旋涂法把溶液中的杂质涂敷到聚合物上。
掺杂后的聚合物曾被人们制成性能优异的低耗平面波导管。用内扩散法或旋涂法掺杂得到的聚合物，可分别用来制造具有实用价值的非线性波导管棱镜和用作表面形貌分析的光栅设备。聚合物制成的波导管呈现出与光强有关的折射率，并能对高于某一阈能的电子产生双折射。由此可知，这些设备的制造，将促使各种建立在光学转换开关基础上的非线性集成波导器件不断向前发展。
分子电子学的下一步发展
至此，我已向大家解释了为什么分子材料的开发也符合人们所给出的分子电子学的定义。Purists也主张“真正的”分子电子学应包括把特殊分子制成实际运行元件这一内容。毫无疑问，我们还能设计出一种分子，使其中的电荷沿某一方向而不沿其相反方向的流动变得更容易，它们可当作检波器或整流器使用，当前包括与光合作用极其相似的分子合成技术的发展、集中在研制光照时能产生可分离电荷的分子材料上，问题是用什么方法才能制得这种适用于电路组件的分子材料，并如何把这样的分子一个一个地联结起来。看来，这两个问题只能由生物学给出解答了。
分子间仅存在微弱的而不是相当明显的相互作用时，生物组织结构就会自发产生。一旦这样的分子自己集合起来，或者在它们受到机械作用破坏之后重新集合起来，这些组织就具备通常的生物学机能并能执行这种机能了，以上这些为我们提供了把分子集合起来，并使之变为具有电子学或光学功能分子结构的设计构想。
事实上，我们早已在向这个方向发展了。可以用来作为证明的是，我们已经能做到通过某种特殊的基团把分子所具有的非线性转化为晶体所具有的非线性，或者通过一些亲水性及疏水性附加基团而把分子属性熔合到LB膜中。
对个别分子进行单独讨论是一个必须回避且根本无需解决的问题，由于在制取分子的加工操作中、必然存在热学缺陷，因此上述范围内的不精确因素，肯定会给观察设备带来一些根本性的限制，在我们把分子集合当作完整系统处理时，或许能获得改进方法。
根据元件性能，用一定的方式构成一列元件彼此之间的影响，叫做元件的自动控制。它可以用来模拟任何计算结果。不过它不是通过其固有结构，而是通过操作程序与从系统外提供的输入数据之间的相互作用模拟的。该系统能处理多路输入信号，适合于用来解决图像的识别问题。
生物连接起源于对神经活力和神经网络的研究、对它们的研究表明，计算机的功能基本上取决于其零部件的非线性灵敏性，反应及疏漏。这一切还意味着各种逻辑推理起源于传统的计算过程，而不是起始于证明怎样的系统才有可能把实质性的信息从与其同时产生的混乱之中过滤出来。
在上面简短的讨论中，同给人带来的烦扰搅和在一起的根本启示是什么？我们的回答是，分子电子学不仅早已存在，而且还在不断发展。如果说回顾过去，液晶被承认是分子电子学的内容，那么现在就可以说，分子电子学已取得了一次较重要的成功，聚合物、LB膜及光学材料的前途更大，从长远的观点看，更进一步的发展将可能建立在对生物组织的理解和分子加工制作的基础上。像我曾说那样，如果有人讲IBM的科学家在竭力赞赏硅基计算机的不朽功绩，这时你大可不必用一种傲慢的态度看待这件事。
[Physics Bulletin，1988年39卷]
封图说明
今年夏季在英国列斯特大学安装了一架直径8英呎的天文钟。钟盘上的刻度系按照地球、太阳、月亮、行星的相对位置以及太阳在地平线上出没、月球的变象、显示出世界时、恒星时和太阳时。