DNA-origami gør det muligt at fremstille superledende nanotråde

Jagten på stadigt mindre elektroniske komponenter fik en international gruppe af forskere til at udforske brugen af ​​molekylære byggesten til at skabe dem. DNA er i stand til selv at samle sig til vilkårlige strukturer, men udfordringen med at bruge disse strukturer til nanoelektroniske kredsløb er, at DNA-strengene skal omdannes til stærkt ledende ledninger.

Inspireret af tidligere værker, der bruger DNA-molekylet som skabelon til superledende nanotråde, gruppen benyttede sig af et nyligt fremskridt inden for bioingeniørarbejde kendt som DNA-origami til at folde DNA til vilkårlige former.

I AIP fremskridt , forskere fra Bar-Ilan University, Ludwig-Maximilians-Universität München, Columbia University, og Brookhaven National Laboratory beskriver, hvordan man udnytter DNA-origami som en platform til at bygge superledende nanoarkitekturer. De strukturer, de byggede, kan adresseres med nanometrisk præcision, der kan bruges som skabelon for 3-D-arkitekturer, der ikke er mulige i dag via konventionelle fremstillingsteknikker.

Gruppens fremstillingsproces involverer en multidisciplinær tilgang, nemlig omdannelsen af ​​DNA origami nanostrukturerne til superledende komponenter. Og fremstillingsprocessen af ​​DNA origami nanostrukturer involverer to hovedkomponenter:et cirkulært enkeltstrenget DNA som stillads, og en blanding af komplementære korte tråde, der fungerer som hæfteklammer, der bestemmer strukturens form.

"I vores tilfælde, strukturen er en cirka 220 nanometer lang og 15 nanometer bred DNA-origami-tråd, " sagde Lior Shani, fra Bar-Ilan University i Israel. "Vi dropcaster DNA nanotrådene på et substrat med en kanal og belægger dem med superledende niobiumnitrid. Derefter suspenderer vi nanotrådene over kanalen for at isolere dem fra substratet under de elektriske målinger."

Gruppens arbejde viser, hvordan man kan udnytte DNA-origami-teknikken til at fremstille superledende komponenter, der kan inkorporeres i en bred vifte af arkitekturer.

"Superledere er kendt for at køre en elektrisk strøm uden dissipationer, " sagde Shani. "Men superledende ledninger med nanometriske dimensioner giver anledning til kvantefluktuationer, der ødelægger den superledende tilstand, hvilket resulterer i fremkomsten af ​​modstand ved lave temperaturer."

Ved at bruge et højt magnetfelt, gruppen undertrykte disse udsving og reducerede omkring 90 % af modstanden.

"Dette betyder, at vores arbejde kan bruges i applikationer som sammenkoblinger til nanoelektronik og nye enheder baseret på udnyttelse af fleksibiliteten i DNA-origami i fremstilling af 3-D superledende arkitekturer, såsom 3-D magnetometre, " sagde Shani.