De zoektocht naar steeds kleinere elektronische componenten bracht een internationale groep onderzoekers ertoe om te onderzoeken hoe ze moleculaire bouwstenen konden gebruiken om ze te maken. DNA kan zichzelf assembleren tot willekeurige structuren, 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 met het DNA-molecuul als een matrijs voor supergeleidende nanodraden, de groep profiteerde van een recente vooruitgang op het gebied van bio-engineering, bekend als DNA-origami, om DNA in willekeurige vormen te vouwen.

In AIP-vooruitgang , onderzoekers van de Bar-Ilan Universiteit, Ludwig-Maximilians-Universität München, Universiteit van Colombia, en Brookhaven National Laboratory beschrijven hoe DNA-origami kan worden gebruikt als een platform om supergeleidende nano-architecturen te bouwen. De structuren die ze bouwden, zijn adresseerbaar met nanometrische precisie die kunnen worden gebruikt als een 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 circulair enkelstrengs DNA als de scaffold, en een mix van complementaire korte strengen die fungeren als nietjes die de vorm van de structuur bepalen.

"In ons geval, de structuur is een ongeveer 220 nanometer lange en 15 nanometer brede DNA-origamidraad, " zei Lior Shani, van de Bar-Ilan Universiteit in Israël. "We dropcasten de DNA-nanodraden op een substraat met een kanaal en bekleden 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 ingebouwd.

"Supergeleiders zijn bekend voor het uitvoeren van een elektrische stroom zonder uitspattingen, " zei Shani. "Maar supergeleidende draden met nanometrische afmetingen veroorzaken kwantumfluctuaties die de supergeleidende toestand vernietigen, wat resulteert in het optreden van weerstand bij lage temperaturen."

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

"Dit betekent dat ons werk kan worden gebruikt in toepassingen zoals interconnects voor nano-elektronica en nieuwe apparaten op basis van exploitatie van de flexibiliteit van DNA origami in vervaardiging van 3-D supergeleidende architecturen, zoals 3D-magnetometers, ' zei Shani.