Met DNA-origami kunnen supergeleidende nanodraden worden gemaakt

De zoektocht naar steeds kleinere elektronische componenten bracht een internationale groep onderzoekers ertoe om moleculaire bouwstenen te gebruiken om ze te maken. DNA kan zichzelf in willekeurige structuren samenstellen, maar de uitdaging bij het gebruik van deze structuren voor nano-elektronische circuits is dat de DNA-strengen moeten worden omgezet in sterk geleidende draden.

Geïnspireerd door eerdere werken waarbij het DNA-molecuul werd gebruikt als sjabloon voor supergeleidende nanodraden, profiteerde de groep van een recente biotechnologische vooruitgang die bekend staat als DNA-origami om DNA in willekeurige vormen te vouwen.

In AIP-voorschotten, beschrijven onderzoekers van de Bar-Ilan University, Ludwig-Maximilians-Universität München, Columbia University en Brookhaven National Laboratory hoe DNA-origami kan worden gebruikt als een platform om supergeleidende nano-architecturen te bouwen. De structuren die ze hebben gebouwd, zijn adresseerbaar met nanometrische precisie die kunnen worden gebruikt als sjabloon voor 3D-architecturen die vandaag niet mogelijk zijn via conventionele fabricagetechnieken.

Het fabricageproces van de groep omvat een multidisciplinaire aanpak, namelijk de omzetting van de DNA-origami-nanostructuren in supergeleidende componenten. En het voorbereidingsproces van DNA-origami-nanostructuren omvat twee hoofdcomponenten: een cirkelvormig enkelstrengs DNA als steiger, en een mix van complementaire korte strengen die fungeren als nietjes die de vorm van de structuur bepalen.

“In ons geval is de structuur een ongeveer 220 nanometer lange en 15 nanometer brede DNA-origamidraad”, zegt Lior Shani van de Bar-Ilan Universiteit in Israël. “We dropcasten de DNA-nanodraden op een substraat met een kanaal en bedek ze met supergeleidend niobiumnitride. Vervolgens hangen we de nanodraden boven het kanaal om ze tijdens de elektrische metingen van het substraat te isoleren.”

Het werk van de groep laat zien hoe de DNA-origamitechniek kan worden gebruikt om supergeleidende componenten te fabriceren die in een breed scala aan architecturen kunnen worden opgenomen.

“Supergeleiders staan ​​erom bekend dat ze een elektrische stroom laten lopen zonder dissipaties”, zei Shani. “Maar supergeleidende draden met nanometrische afmetingen geven aanleiding tot kwantumfluctuaties die de supergeleidende toestand vernietigen, wat resulteert in het verschijnen van weerstand bij lage temperaturen.”

Door gebruik te maken van een hoog magnetisch veld onderdrukte de groep deze fluctuaties en verminderde zo ongeveer 90% van de weerstand.

“Dit betekent dat ons werk kan worden gebruikt in toepassingen zoals interconnecties voor nano-elektronica en nieuwe apparaten die zijn gebaseerd op het benutten van de flexibiliteit van DNA-origami bij de fabricage van 3D-supergeleidende architecturen, zoals 3D-magnetometers,” zei Shani.