Teoretisk model kan hjælpe med at løse molekylært mysterium

Spintronics er lovende for fremtidige laveffekt elektroniske enheder. Spin er en kvantemekanisk egenskab for elektroner, der bedst kan forestilles som elektroner, der snurrer rundt om deres egne akser, får dem til at opføre sig som små kompassnåle. En strøm af elektronspins kunne bruges i elektroniske enheder. Imidlertid, at generere en passende centrifugeringsstrøm, du har brug for en relativt stor magnet. En alternativ metode, der anvender en særlig type molekyle, er blevet foreslået, men det store spørgsmål er, om det virker. University of Groningen Ph.D. studerende Xu Yang har konstrueret en teoretisk model, der beskriver, hvordan man tester denne nye metode.

Spin kan have to retninger, normalt betegnet som "op" og "ned". I en normal elektronstrøm, der er lige store mængder af begge spinretninger, men brug af spin til at overføre oplysninger kræver et overskud i en retning. Dette gøres normalt ved at injicere elektroner i en spintronic -enhed gennem en ferromagnet, hvilket vil favorisere passage af en type spin. "Men ferromagneter er omfangsrige i forhold til de andre komponenter, "siger Yang.

DNA

Derfor blev et 2011 -gennembrud, der blev offentliggjort i Videnskab tiltrækker øget opmærksomhed. Dette papir rapporterede, at passage af en strøm gennem et monolag af DNA -dobbeltspiraler ville favorisere en type spin. DNA -molekylerne er chirale, hvilket betyder, at de kan eksistere i to former, som er spejlbilleder, som en venstre og højre hånd. Fænomenet blev kaldt "chiral induced spin selectivity" (CISS), og i løbet af de sidste par år, flere eksperimenter blev offentliggjort angiveligt viser denne CISS effekt, selv i elektroniske enheder.

"Men vi var ikke så sikre på, "forklarer Yang. En type eksperiment brugte et monolag af DNA -fragmenter, hvorimod en anden brugte et atomkraftmikroskop til at måle strømmen gennem enkelte molekyler. Forskellige chirale spiraler blev brugt i eksperimenterne. "Modellerne, der forklarer, hvorfor disse molekyler ville favorisere et af spinnene, gjorde mange antagelser, for eksempel, om molekylernes form og den vej, elektronerne tog. "

Kredsløb

Så Yang satte sig for at skabe en generisk model til at beskrive, hvordan spins ville passere gennem forskellige kredsløb under et lineært regime (dvs. det regime, elektroniske enheder opererer i). "Disse modeller var baseret på universelle regler, uafhængig af molekyletypen, "forklarer Yang. En sådan regel er bevarelse af afgifter, som siger, at hver elektron, der kommer ind i et kredsløb, i sidste ende skal forlade. En anden regel er gensidighed, der siger, at hvis du bytter roller for spændings- og strømkontakterne i et kredsløb, signalet skal forblive det samme.

Næste, Yang beskrev, hvordan disse regler ville påvirke transmission og refleksion af spins i forskellige komponenter, for eksempel, et chiralt molekyle og en ferromagnet mellem to kontakter. De universelle regler gjorde det muligt for ham at beregne, hvad der skete med spins i disse komponenter. Derefter brugte han komponenterne til at modellere mere komplekse kredsløb. Dette gav ham mulighed for at beregne, hvad han kunne forvente, hvis de kirale molekyler viste CISS -effekten, og hvad de kunne forvente, hvis de ikke gjorde det.

Overbevisende

Da han modellerede de CISS -eksperimenter, der hidtil er offentliggjort, Yang fandt ud af, at nogle er, Ja, ubetinget. "Disse eksperimenter er ikke overbevisende nok. De viser ikke en forskel mellem molekyler med og uden CISS, i hvert fald ikke i det lineære regime for elektroniske enheder. "Desuden enhver enhed, der kun bruger to kontakter, vil ikke bevise eksistensen af ​​CISS. Den gode nyhed er, at Yang har designet kredsløb med fire kontakter, der gør det muligt for forskere at opdage CISS -effekten i elektroniske enheder. "Jeg arbejder i øjeblikket også på et sådant kredsløb, men da den består af molekylære byggesten, det er en stor udfordring. "

Ved at udgive sin model nu, Yang håber, at flere forskere vil begynde at bygge de kredsløb, han har foreslået, og vil endelig kunne bevise eksistensen af ​​CISS i elektroniske enheder. "Dette ville være et stort bidrag til samfundet, da det kan muliggøre en helt ny tilgang til elektronikens fremtid. "