Ultimate magazine theme for WordPress.

ساخت ابررساناهای نانو سه بعدی با DNA

0

ساخت ابررساناهای نانو سه بعدی با DNA

 

ساخت ابررساناهای نانو سه بعدی با DNA
تصویری که نشان می دهد چگونه مواد ابررسانای ۳-D بسیار نانوساختار بر اساس خودآزمایی DNA ایجاد می شود. اعتبار: آزمایشگاه ملی بروخاون

ساخت ابررساناهای نانو سه بعدی با DNA مواد نانوساختار سه بعدی (۳-D) – آنهایی که دارای اشکال پیچیده در مقیاس اندازه میلیاردم متر هستند – که می توانند الکتریسیته را بدون مقاومت هدایت کنند ، می توانند در طیف وسیعی از دستگاه های کوانتومی استفاده شوند. به عنوان مثال ، چنین نانوساختارهای ابررسانای ۳ بعدی می توانند در تقویت کننده های سیگنال کاربردی را برای افزایش سرعت و دقت رایانه های کوانتومی و حسگرهای میدان مغناطیسی فوق العاده حساس برای تصویربرداری پزشکی و نقشه برداری زمین شناسی زیرسطحی پیدا کنند. با این حال ، ابزارهای ساخت سنتی مانند لیتوگرافی به نانوساختارهای ۱-D و ۲-D مانند سیم های ابررسانا و فیلم های نازک محدود شده اند.

دانشکده ها اکنون دانشمندان آزمایشگاه ملی بروخاون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) ، دانشگاه کلمبیا و دانشگاه بار ایلان در اسرائیل بستری را برای ساخت نانو ابررساناهای ۳ بعدی با یک سازمان تجویز شده ایجاد کرده اند. . همانطور که در شماره ۱۰ نوامبر ارتباطات طبیعت گزارش شد ، این سیستم عامل بر اساس خود مونتاژ DNA به شکلهای ۳-D مورد نظر در مقیاس نانو است. در خود مونتاژ DNA ، یک رشته طولانی از DNA توسط رشته های مکمل کوتاه تر “مکمل” در مکان های خاص جمع می شود – شبیه اریگامی ، هنر ژاپنی تاشو کاغذ.

“اولگ گانگ” ، رهبر گروه نانومواد نرم و زیستی در مرکز آزمایشگاه های نانومواد Brookhaven (CFN) ، و نویسنده همکار گفت: “DNA به دلیل قابلیت برنامه ریزی ساختاری ، می تواند بستر مونتاژی برای ساخت نانوساختارهای طراحی شده را فراهم کند.” استاد مهندسی شیمی و فیزیک کاربردی و علوم مواد در مهندسی کلمبیا. “با این حال ، شکنندگی DNA باعث می شود که برای ساخت دستگاه های کاربردی و ساخت نانو که به مواد غیر آلی نیاز دارد ، نامناسب به نظر برسد. در این مطالعه ، ما نشان دادیم که چگونه DNA می تواند به عنوان داربست برای ساخت معماری های ۳ بعدی” – باشد که می تواند به طور کامل “تبدیل” شود مواد غیرآلی مانند ابررساناها. “

برای ساخت داربست ، ابتدا دانشمندان مهندسی بروکهاون و کلمبیا “قاب” های اوریگامی DNA هشت ضلعی را طراحی کردند. آرون میکلسون ، دانشجوی کارشناسی ارشد گانگ ، استراتژی قابل برنامه ریزی DNA را اعمال کرد تا این قاب ها به صورت مشبک دلخواه جمع می شوند. سپس ، او از یک روش شیمی برای پوشاندن شبکه های DNA با دی اکسید سیلیکون استفاده کرد. (سیلیس) ، ساختارهای نرم اصلی را محکم می کند ، که برای حفظ ساختار آنها به یک محیط مایع نیاز دارد. این تیم فرآیند ساخت را متناسب با طراحی خود مطابقت داده است ، همانطور که توسط تصویربرداری در مرکز میکروسکوپ الکترونی CFN و پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک در پرتو نور پیچیده مواد پیچیده منبع نور ملی سنکروترون Brookhaven (NSLS-II) تایید شده است. ) این آزمایش ها نشان داد که یکپارچگی ساختاری پس از پوشاندن شبکه های DNA حفظ شد.

“گانگ” گفت: “DNA در فرم اصلی خود برای پردازش با روشهای متداول فناوری نانو کاملاً غیرقابل استفاده است.” “اما هنگامی که DNA را با سیلیس پوشاندیم ، ما یک ساختار ۳-D مکانیکی قوی داریم که می توانیم مواد معدنی را با استفاده از این روش ها رسوب دهیم. این همان ساخت نانو سنتی است که در آن مواد ارزشمندی روی لایه های مسطح ، به طور معمول سیلیکون رسوب می کنند ، برای افزودن قابلیت. “

این تیم شبکه های DNA روکش شده با سیلیس را از CFN به انستیتوی ابررسانایی بار ایلان ارسال کردند که ریاست آن را یوسی یشورون بر عهده دارد. گانگ و یشورون چند سال پیش آشنا شدند ، زمانی که گنگ سمینار تحقیقات مونتاژ DNA خود را ارائه داد. یشورون – که طی دهه گذشته خواص ابررسانایی را در مقیاس نانو مورد بررسی قرار داده است – فکر کرد که روش مبتنی بر DNA گانگ می تواند راه حلی برای مشکلی باشد که وی برای حل آن تلاش می کند: چگونه می توان ساختارهای نانو مقیاس ابررسانا را در سه بعد ساخت؟ / p>

“یشورون” ، نویسنده همکار ، گفت: “پیش از این ، ساخت ناقل های ابررسانای ۳-D شامل یک فرآیند بسیار پیچیده و دشوار با استفاده از روشهای معمول ساخت بود.” “در اینجا ، ما با استفاده از ساختارهای DNA اولگ یک روش نسبتاً ساده پیدا کردیم.”

در انستیتوی ابررسانایی ، لیور شانی ، دانشجوی کارشناسی ارشد یشورون ، ابررسانای کم دما (نیوبیوم) را روی تراشه سیلیکون حاوی نمونه کوچکی از شبکه ها تبخیر کرد. سرعت تبخیر و دمای بستر سیلیکون باید به دقت کنترل شود تا نیوبیم نمونه را پوشش دهد اما از تمام راه نفوذ نکند. اگر این اتفاق بیفتد ، می تواند بین الکترودهای مورد استفاده برای اندازه گیری حمل و نقل الکترونیکی کوتاه باشد.

“یشورون” توضیح داد: “ما کانال خاصی را در بستر برش می دهیم تا اطمینان حاصل شود که جریان فقط از خود نمونه عبور می کند.”

این اندازه گیری ها یک آرایه ۳ بعدی از اتصالات جوزفسون یا موانع ناقص انتقال غیر ابررسانا را نشان داد که از طریق آنها تونل های ابررسانا جریان دارند. آرایه های اتصالات جوزفسون کلید استفاده از پدیده های کوانتومی در فناوری های عملی مانند دستگاه های تداخل کوانتومی ابررسانا برای سنجش میدان مغناطیسی است. در ۳-D ، اتصالات بیشتری را می توان با حجم کم بسته بندی کرد و قدرت دستگاه را افزایش داد.

“اوریگامی DNA تقریباً ۱۵ سال است که ساختارهای زیبا و تزئینی در مقیاس نانو ۳-D تولید می کند ، اما DNA خود لزوماً یک ماده کاربردی مفید نیست” ، ایوان رانرنستروم ، مدیر برنامه برای طراحی مواد در توسعه توانایی های رزمی ارتش ایالات متحده ، گفت: آزمایشگاه تحقیقات ارتش فرماندهی دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده ، که بخشی از بودجه کار را تأمین کرد. “آنچه که پروفسور گانگ در اینجا نشان داده این است که شما می توانید اریگامی DNA را به عنوان الگویی برای ایجاد نانوساختارهای ۳-D مفید از مواد کارآمد مانند نیوبیم ابررسانا استفاده کنید. این توانایی در طراحی و ساخت خودسرانه مواد کاربردی پیچیده ساختار ۳-D از از پایین به بالا تلاش برای نوسازی ارتش در مناطقی مانند سنجش ، اپتیک و محاسبات کوانتومی را تسریع می کند. “

“گنگ گفت:” ما مسیری را نشان دادیم که چگونه می توان از سازمانهای پیچیده DNA برای ایجاد مواد ابررسانای ۳-D با ساختار بسیار نانومتری استفاده کرد. “این مسیر تبدیل مواد به ما توانایی ساخت انواع سیستم ها با خصوصیات جالب را می دهد – نه تنها ابررسانایی بلکه سایر خصوصیات الکترونیکی ، مکانیکی ، نوری و کاتالیزوری. ما می توانیم آن را به عنوان” لیتوگرافی مولکولی “تصور کنیم که در آن قدرت قابلیت برنامه ریزی DNA به تولید نانو غیرآلی ۳-D منتقل می شود. “

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.