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利用DNA製造3-D納米超導體的平台

可以在無電阻的情況下導電的三維(3-D)納米結構材料-形狀複雜,尺寸十億分之一米的材料-可以導電而無需電阻。例如,這種3-D超導納米結構可以在信號放大器中找到應用,以提高用於醫學成像和地下地質測繪的量子計算機和超靈敏磁場傳感器的速度和準確性。但是,傳統的製造工具(如光刻)僅限於1-D和2-D納米結構,如超導線和薄膜。

現在,美國能源部(DOE)布魯克海文國家實驗室,哥倫比亞大學和以色列的Bar-Ilan大學的科學家們開發了一個平台,該平台可通過指定的組織生產3D超導納米體系結構。正如11月10日iss中報導的那樣2019娛樂城推薦 自然通訊 該平台基於DNA在納米尺度上自組裝成所需的3-D形狀。在DNA自組裝中,一條DNA長鏈在特定位置被較短的互補“釘”鏈折疊-類似於摺紙J帝禾娛樂城摺紙的西班牙藝術。

Brookhaven實驗室功能納米材料中心(CFN)的軟與生物納米材料小組負責人,化學教授,共同通訊作者Oleg Gang說:“由於其結構的可編程性,DNA可以為構建設計的納米結構提供一個組裝平台。”哥倫比亞工程學院的工程學和應用物理與材料科學專業。 “但是,DNA的脆弱性使其似乎不適合需要無機材料的功能設備製造和納米製造。在這項研究中,我們展示了DNA如何充當構建3-D納米級結構的支架,該結構可以完全“轉化”為無機材料,例如超導體。”

為了製作支架,布魯克海文和哥倫比亞工程學院的科學家首先設計了八面體形狀的DNA摺紙“框架”。 Gang的研究生Aaron Michelson應用了DNA可編程策略,以便將這些框架組裝成所需的晶格。然後,他用一種化學技術用二氧化矽(二氧化矽)包被DNA晶格,從而固化了原來柔軟的結構,這需要液態環境來保持其結構。該團隊量身定制了製造工藝,以使結構符合其設計要求,這一點已通過CFN電子顯微鏡工廠的成像以及布魯克海文國家同步加速器光源II(NSLS-II)在復雜材料散射光束線上的小角度X射線散射得到了證實。 這些實驗證明,在覆蓋DNA晶格後,結構完整性得以保留。

Gang說:“ DNA的原始形式完全無法用於傳統的納米技術方法中。” “但是一旦我們用二氧化矽覆蓋了DNA,我們就擁有了機械堅固的3-D結構,我們可以使用這些方法沉積無機材料。這類似於財神娛樂城 傳統的納米製造,其中將有價值的材料沉積到通常為矽的平坦基板上,以增加功能。”

該小組將CFN上塗有二氧化矽的DNA晶格運送到由Yosi Yeshurun領導的Bar-Ilan的超導研究所。 Gang和Yeshurun在幾年前結識了,當時Gang舉行了有關他的DNA組裝研究的研討會。耶蘇倫-過去十年來一直在研究納米級的超導特性-認為Gang的基於DNA的方法可以為他試圖解決的問題提供解決方案:我們如何在三個維度上製造超導納米級結構

共同通訊的作者葉舒倫說:“以前,使用傳統的製造技術製造3-D納米超導體涉及非常複雜和困難的過程。” “在這裡,我們發現了使用Oleg的DNA結構的相對簡單的方法。”

在超導研究所,耶蘇倫大學的研究生Lior Shani將低溫超導體(鈮)蒸發到包含少量晶格樣品的矽芯片上。必須小心控制蒸發速率和矽襯底溫度,以使鈮覆蓋樣品,但不會完全滲透。如果發生這種情況,則在用於電子傳輸測量的電極之間可能會發生短路。

Yeshurun解釋說:“我們在基板上切開了一個特殊的通道,以確保電流只會流過樣品本身。”

測量結果顯示了約瑟夫遜結的3維陣列,即超導電流隧道穿過的薄的非超導勢壘。約瑟夫遜結的陣列是在實際技術中利用量子現象的關鍵,例如用於磁場感應的超導量子乾涉裝置。在3-D中,可以將更多的結封裝成一個小體積,從而增加了器件功率。

美國陸軍作戰能力發展司令部陸軍研究部材料設計項目經理埃文·特倫斯特羅姆(Evan Runnerstrom)表示:“ DNA摺紙已經生產出了漂亮華麗的3-D納米級結構,但DNA本身並不一定是有用的功能材料。”美國陸軍研究辦公室的實驗室娛樂城註冊送體驗金一部分。 “岡教授在這裡展示的是,您可以利用DNA摺紙作為模板來創建有用的功能性材料(如超導鈮)的3-D納米結構。這種能力可以通過任意設計和製造複雜的3-D結構的功能性材料。自下而上將加快陸軍在傳感,光學和量子計算等領域的現代化工作。”

Gang說:“我們展示了一種複雜的DNA組織如何用於創建高度納米結構的3-D超導材料的途徑。” “這種材料轉化途徑使我們能夠製造具有有趣特性的各種系統,不僅具有超導性,還具有其他電子,機械,光學和催化特性。我們可以設想到娛樂城註冊送現金 作為“分子光刻”,DNA可編程能力轉移到了3D無機納米製造中。”

參考:Shani,L,Michelson,A.N,Minevich,B.等。 DNA組裝的超導3D納米級體系結構。 Nat Commun。 2020; 11(5697)。 doi:10.1038 / s41467-020-19439-9

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