Een opkomend veld dat veel belangstelling heeft gewekt, spin caloritronica, is een uitloper van spintronica die onderzoekt hoe warmtestromen elektronenspin transporteren. Spin caloritronics-onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in hoe afvalwarmte kan worden gebruikt om spintronic-apparaten van de volgende generatie van stroom te voorzien. Sommige van deze potentiële apparaten variëren van ultrasnelle computers die bijna geen stroom nodig hebben, tot magnetische nanodeeltjes die medicijnen aan cellen leveren.

De thermisch aangedreven transporttoepassing van spin-caloritronica is gebaseerd op het Seebeck-effect. Bij dit fenomeen het temperatuurverschil tussen een ferromagneet (FM) en een niet-magnetisch metaal (NM) produceert een thermo-elektrische spanning, en zet de warmte direct om in elektriciteit op de kruising tussen de twee materialen.

Onlangs, onderzoekers van de China University of Mining and Technology hebben de fundamentele aspecten van dit thermische transport langs dubbelstrengs DNA (dsDNA) moleculen theoretisch blootgelegd. De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"De resultaten van ons onderzoek openen de mogelijkheid om nieuwe functionele thermo-elektrische apparaten te creëren op basis van dsDNA en andere organische moleculen, " zei Long Bai, een onderzoeker van de Chinese Universiteit en een co-auteur van het artikel.

Het is bekend dat DNA zich gedraagt ​​als een geleider of halfgeleider, en er zijn talloze onderzoeken geweest naar het opnemen van DNA-moleculen in spintronische apparaten. Maar, tot nu, onderzoekers hebben niet onderzocht hoe warmtebias de spinstroom in een dsDNA-molecuul kan regelen.

Door gebruik te maken van de niet-evenwichtsfunctiemethode van Green, onderzoekers onderzochten het door warmte geïnduceerde spin-Seebeck-transport door een dsDNA-molecuul ingeklemd tussen een FM-lood en NM-lood onder verschillende temperaturen. Ze ontdekten dat hun theoretische op dsDNA gebaseerde apparaat kan fungeren als een spin (lading)-Seebeck-diode, schakelaar of transistor.

"We hebben ontdekt dat de spin (lading)-Seebeck-stroom, aangedreven door temperatuurbias, significant rectificatiegedrag vertoont, en zo wordt een spin(lading)-Seebeck-diode verkregen, ' zei Bai.

De onderzoekers concentreerden zich op de inherente chiraliteitsfunctie in dsDNA die als filter fungeert om spinselectie mogelijk te maken. Chiraliteit treedt op wanneer een spiegelbeeld van een object niet over elkaar heen kan worden gelegd, bijvoorbeeld handen en voeten.

De gedraaide dubbele helixstructuur van DNA kenmerkt zich door chiraliteit. Deze DNA-structuur lijnt elektronen in één richting uit terwijl de temperatuurgradiënt de elektronen van het hetere ferromagnetische materiaal naar het koelere non-ferrometaal drijft.

"De asymmetrie van de twee strengen in een dsDNA kan een groter spin-gepolariseerd transport induceren, "Zei Bai. "Echter, het betekent niet dat de asymmetrie de spin de ene of de andere kant op laat gaan."

De onderzoekers ontdekten dat de onophoudelijke toename van de spiraalhoek in hun dsDNA-spin-Seebeck-model ervoor kan zorgen dat de twee strengen van het molecuul een staat van nauwe uitlijning naderen, het verminderen van de chiraliteit en het verzwakken van het spin(lading)-Seebeck-effect.

"Echter, wat is opmerkelijk, " zei Bai, "is dat pure spinstroom met nullaadstroom kan worden bereikt in termen van de poortspanning, die het perfecte spin-Seebeck-effect vertegenwoordigt."