Selvjusterende DNA-ledninger til anvendelse i nanoelektronik

Da kontinuerlig miniaturisering i mikroelektronik allerede er begyndt at nå de fysiske grænser, forskere søger nye metoder til fremstilling af enheder. En lovende kandidat er DNA-origami-teknikken, hvor individuelle strenge af biomolekylet selv samles i vilkårligt formede nanostrukturer. Dannelsen af ​​hele kredsløb, imidlertid, kræver kontrolleret positionering af disse DNA-strukturer på en overflade – noget som tidligere kun har været muligt ved hjælp af meget komplicerede teknikker. Nu, forskere ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) har fundet frem til en enklere strategi, som kombinerer DNA-origami med selvorganiseret mønsterdannelse. Forskernes metode er omtalt i det videnskabelige tidsskrift Nanoskala s aktuelle problemstilling.

Dr. Adrian Keller fra HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research beskriver den nye metode:"Den skønhed ligger i, at vi tillader naturen simpelthen at løbe sin gang, så snart vi har skabt de nødvendige rammer." I DNA-origami-teknikken, DNA-strukturerne samler sig selv, da lange strenge af biomolekylet foldes til kompleks, foruddefinerede nanoskalaformer ved at parre med flere mindre DNA-strenge. Fysikerne brugte teknikken til at fremstille små rør med længder på 412 nanometer og diametre på seks nanometer. Disse strukturer kan bruges som stilladser til fremstilling af nanoelektroniske komponenter som nanotråde.

For at justere disse nanorør på overfladen, forskerne trak på et princip om selvorganisering, som faktisk er ret almindeligt i naturen. Vind kan for eksempel danne ordnede mønstre på en sandstrand. "Der er lignende processer i gang her, " forklarer Keller. "Vi bestråler overfladen, som vi ønsker at placere nanostrukturerne på - i vores tilfælde, siliciumvaflerne - med ioner. Dette resulterer i den spontane fremkomst af ordnede nanomønstre, der ligner miniature sandklitter. På det tidspunkt, vores job er stort set udført, da naturlige processer tager over og gør alt arbejdet."

Gennem elektrostatiske interaktioner mellem de ladede DNA-nanostrukturer og den ladede overflade, nanorørene retter sig ind i klitternes dale. Keller siger:"Denne teknik fungerer så godt, at ikke kun de små rør følger de bølgede mønstre, de kopierer endda lejlighedsvise mønsterfejl. Det betyder, at denne teknik også bør tillade produktion af buede nanokomponenter." Den maksimale grad af justering, Dresden-forskerne var i stand til at opnå, var ved en mønsterbølgelængde på 30 nanometer. "Sandt, vi ser kun på et samlet udbytte på 70 procent af nanorør, der perfekt følger mønsteret, " indrømmer Keller. "Men det er stadig imponerende i betragtning af den naturlige proces, vi brugte."

For i modsætning til tidligere tilgange, ifølge Keller, den nye teknik er hurtig, billig, og enkelt. "Indtil nu, vi skulle trække på litografiske teknikker og behandle overfladen med kemikalier for at tilpasse DNA-nanostrukturerne. Selvom dette giver det ønskede resultat, det komplicerer ikke desto mindre processerne. Vores nye teknik tilbyder et meget enklere alternativ." Da justering af de små rør udelukkende er baseret på elektrostatisk interaktion med den præstrukturerede overflade, ved hjælp af denne særlige metode kunne nanorørene også arrangeres i mere komplekse arrays såsom elektroniske kredsløb. Keller er overbevist om, at de kan fastgøres til individuelle transistorer, for eksempel, og tilslut dem elektrisk:"På denne måde, DNA-baserede nanokomponenter kunne integreres i teknologiske enheder og bidrage til yderligere miniaturisering."