Jakten på allt mindre elektroniska komponenter ledde till att en internationell grupp forskare utforskade att använda molekylära byggstenar för att skapa dem. DNA kan självmontera till godtyckliga strukturer, men utmaningen med att använda dessa strukturer för nanoelektroniska kretsar är att DNA-strängarna måste omvandlas till starkt ledande ledningar.

Inspirerad av tidigare arbeten som använder DNA-molekylen som mall för supraledande nanotrådar, gruppen drog fördel av ett nyligen genomfört framsteg inom bioteknik som kallas DNA-origami för att vika DNA till godtyckliga former.

I AIP avancerar , forskare från Bar-Ilan University, Ludwig-Maximilians-Universität München, Columbia University, och Brookhaven National Laboratory beskriver hur man kan utnyttja DNA-origami som en plattform för att bygga supraledande nanoarkitekturer. Strukturerna de byggde är adresserbara med nanometrisk precision som kan användas som en mall för 3D-arkitekturer som inte är möjliga idag via konventionella tillverkningstekniker.

Gruppens tillverkningsprocess involverar ett multidisciplinärt tillvägagångssätt, nämligen omvandlingen av DNA-origaminanostrukturerna till supraledande komponenter. Och beredningsprocessen för DNA-origami nanostrukturer involverar två huvudkomponenter:ett cirkulärt enkelsträngat DNA som ställningen, och en blandning av komplementära korta trådar som fungerar som häftklamrar som bestämmer strukturens form.

"I vårat fall, strukturen är en cirka 220 nanometer lång och 15 nanometer bred DNA-origami-tråd, sa Lior Shani, vid Bar-Ilan University i Israel. "Vi droppkastar DNA-nanotrådarna på ett substrat med en kanal och belägger dem med supraledande niobiumnitrid. Sedan hänger vi nanotrådarna över kanalen för att isolera dem från substratet under de elektriska mätningarna."

Gruppens arbete visar hur man kan utnyttja DNA-origamitekniken för att tillverka supraledande komponenter som kan inkorporeras i ett brett spektrum av arkitekturer.

"Supraledare är kända för att driva ett elektriskt strömflöde utan förluster, ", sa Shani. "Men supraledande ledningar med nanometriska dimensioner ger upphov till kvantfluktuationer som förstör det supraledande tillståndet, vilket resulterar i uppkomsten av motstånd vid låga temperaturer."

Genom att använda ett högt magnetfält, gruppen undertryckte dessa fluktuationer och minskade cirka 90 % av motståndet.

"Detta betyder att vårt arbete kan användas i applikationer som sammankopplingar för nanoelektronik och nya enheter baserade på utnyttjande av flexibiliteten hos DNA-origami vid tillverkning av 3-D supraledande arkitekturer, såsom 3-D magnetometrar, sa Shani.