Unikke støjsignaturer fra enkelte molekyler, der interagerer med carbon nanorør-baserede elektroniske enheder

Støj er lavfrekvente tilfældige udsving, der forekommer i mange systemer, herunder elektronik, miljøer, og organismer. Støj kan skjule signaler, så det er ofte fjernet fra elektronik og radiotransmissioner. Oprindelsen af ​​støj i nanoskalaelektronik er i øjeblikket af stor interesse, og enheder, der fungerer ved hjælp af støj, er blevet foreslået. Materialer med et højt overflade-til-volumen-forhold er attraktive til at studere støjen fra nanoskalaelektronik, fordi de er meget følsomme over for ændringer i deres overflader. Et repræsentativt materiale af denne type er kulstof nanorør, som er rullede ark af grafen sekskantet netværk, som kun er et kulstofatom tykt.

Et japansk samarbejde ledet af Osaka University har undersøgt enkelte molekylers evne til at påvirke støjen, der genereres af carbon nanorør-baserede elektroniske enheder i nanoskala. Holdet fremstillede simple enheder bestående af et kulstof-nanorør, der byggede bro mellem to elektroder. Enhederne blev udsat for forskellige store molekyler, hvilket får nogle til at binde sig til kulstofnanorørets overflade. Det viste sig, at forskellige molekyler gav unikke støjsignaler relateret til molekylernes egenskaber. Styrken af ​​interaktionen mellem kulstofnanorørene og molekylerne var i stand til at forudsige ud fra de opnåede støjsignaler.

"Signalet genereret af kulstof nanorør-enheden ændrede sig efter adsorptionen af ​​specifikke enkeltmolekyler, " siger førsteforfatter Agung Setiadi. "Dette skyldes, at det adsorberede molekyle genererede en fældetilstand i kulstofnanorøret, som ændrede dens ledningsevne."

Hvad dette betyder er, at de kulstof-nanorør-baserede enheder var så følsomme, at forskerne var i stand til at opdage en unik signatur fra enkelte molekyler. Evnen til at karakterisere enkelte molekyler ved hjælp af meget følsom nanoelektronik er et spændende perspektiv inden for sensorer, især til neuro- og biosensorapplikationer.

"Brug af støjsignaler til at identificere molekylær aktivitet ((interaktion) eller (aktiv orbital)) er attraktiv til at udvikle avancerede sensorenheder, " forklarer den tilsvarende forfatter Megumi Akai-Kasaya. "Vi demonstrerede, at støj kan udnyttes til at forbedre en enheds signaldetekteringsevne." Resultaterne af denne vellykkede demonstration vil blive offentliggjort i den nærmeste fremtid i en opfølgende artikel.

Signaldetektionsfølsomheden kan øges gennem kontrollerbar støjgenerering. Disse kulstof nanorør-baserede enheder illustrerer, at det er muligt at detektere enkelte molekyler gennem deres unikke støjsignaturer i enhedens strømsignaler. Forbedret viden om støjens oprindelse på molekylært niveau bør føre til udviklingen af ​​elektronik, der bruger støj til at forbedre deres ydeevne i stedet for at forringe den.