Termisk drevet spindestrøm i DNA

Et voksende felt, der har skabt en lang række interesser, spin caloritronics, er en udløber af spintronics, der undersøger, hvordan varmestrømme transporterer elektronspind. Spin caloritronics-forskere er særligt interesserede i, hvordan spildvarme kan bruges til at drive næste generations spintronic-enheder. Nogle af disse potentielle enheder spænder fra ultrahurtige computere, der næsten ikke behøver strøm, til magnetiske nanopartikler, der leverer lægemidler til celler.

Den termisk drevne transportapplikation af spin -caloritronics er baseret på Seebeck -effekten. I dette fænomen, temperaturforskellen mellem en ferromagnet (FM) og et ikke -magnetisk metal (NM) producerer en termoelektrisk spænding, og omdanner varmen direkte til elektricitet ved krydset mellem de to materialer.

For nylig, forskere fra China University of Mining and Technology har teoretisk afsløret de grundlæggende aspekter af denne termiske transport langs dobbeltstrengede DNA (dsDNA) molekyler. Forskerne rapporterede deres fund i Journal of Applied Physics .

"Resultaterne af vores forskning åbner mulighed for at skabe nye funktionelle termoelektriske enheder baseret på dsDNA og andre organiske molekyler, "sagde Long Bai, en forsker ved China University og en medforfatter af papiret.

Det vides, at DNA opfører sig som en leder eller halvleder, og der har været adskillige undersøgelser af inkorporering af DNA -molekyler i spintroniske enheder. Men, indtil nu, forskere har ikke undersøgt, hvordan varmeforspænding kan kontrollere spin -strømmen i et dsDNA -molekyle.

Ved at anvende nonequilibrium Green's funktionsmetode, forskere undersøgte den varmeinducerede spin-Seebeck-transport gennem et dsDNA-molekyle klemt mellem et FM-kabel og NM-bly under forskellige temperaturer. De opdagede, at deres teoretiske dsDNA-baserede enhed kan fungere som en spin (ladning) -Seebeck-diode, switch eller transistor.

"Vi har fundet ud af, at spin- (ladning) -Seebeck-strømmen drevet af temperaturforstyrrelser udviser betydelig udbedringsadfærd, og dermed opnås en spin (ladning) -Seebeck-diode, "Sagde Bai.

Forskerne fokuserede på den iboende kiralitetsfunktion i dsDNA, der fungerer som et filter for at muliggøre spin -valg. Chiralitet sker, når et spejlbillede af et objekt ikke er overlejret - f.eks. hænder og fødder.

DNA's snoede dobbelte spiralstruktur har chiralitet. Denne DNA -struktur justerer elektroner i en retning, da temperaturgradienten driver elektronerne fra det varmere ferromagnetiske materiale til det køligere ikke -jernholdige metal.

"Asymmetrien af ​​de to tråde i et dsDNA kan forårsage en større spin-polariseret transport, "Sagde Bai." Dog, det betyder ikke, at asymmetrien tillader spin at gå den ene eller den anden vej. "

Forskerne opdagede, at den uophørlige stigning i spiralvinklen i deres dsDNA spin-Seebeck-model kan få molekylets to tråde til at nærme sig en tilstand med tæt justering, faldende chiralitet og svækkelse af spin (ladning) -Seebeck-effekten.

"Imidlertid, hvad der er bemærkelsesværdigt, "Sagde Bai, "er, at ren spinstrøm med nul ladestrøm kan opnås med hensyn til portspændingen, som repræsenterer den perfekte spin-Seebeck-effekt. "