ИЗРАИЛЬСКИЕ УЧЁНЫЕ СОЗДАЛИ НАНО-СВЕРХПРОВОДНИК НА ОСНОВЕ ДНК

Израильские и американские учёные впервые создали трёхмерный сверхпроводящий наноматериал. Каркасом послужили самособирающиеся молекулы ДНК. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Трёхмерные (3D) наноструктурированные материалы, обладающие свойством сверхпроводимости, могут использоваться в усилителях сигналов и датчиках квантовых вычислений. Однако до сих пор учёным удавалось создать только 1D или 2D наноструктуры — сверхпроводящие провода и плёнки, получаемые методом литографии.

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (Олег Ганг), Колумбийского университета (Аарон Майклсон и Брайан Миневич) и Университета Бар-Илан в Рамат-Гане, Израиль (Йосеф Йешурун, Лиор Шани и др.) разработали платформу для создания трёхмерных сверхпроводящих наноархитектур, основанную на самосборке молекул ДНК с заданной конфигурацией.

"Благодаря своей структурной программируемости, ДНК может обеспечить платформу сборки для создания спроектированных наноструктур, — приводятся в пресс-релизе Брукхейвенской лаборатории слова ведущего автора исследования Олега Ганга, также выпускника университета Бар-Илан, а ныне руководителя группы мягких и биологических наноматериалов Центра функциональных наноматериалов и профессора химической инженерии, прикладной физики и материаловедения Колумбийского университета. — Однако хрупкость ДНК делает её непригодной для изготовления функциональных устройств и нанопроизводства из неорганических материалов. В этом исследовании мы показали, как ДНК служит каркасом для создания трёхмерных наноразмерных архитектур, которые могут быть полностью преобразованы в неорганические материалы, такие как сверхпроводники".

Чтобы придать прочность каркасу ДНК, учёные покрыли его диоксидом кремния. То, что полученная 3D-структура полностью соответствует заданному дизайну, авторы подтвердили на электронном микроскопе и рентгеновской установке Национального синхротронного источника света Брукхейвена II (NSLS-II).

"Как только мы покрываем ДНК диоксидом кремния, у нас появляется механически прочная трехмерная архитектура, на которую можно наносить неорганические материалы. Это аналогично традиционному нанопроизводству, при котором функциональные материалы наносятся на плоские подложки, обычно кремниевые".

Исследователи отправили покрытые диоксидом кремния решетки ДНК в Институт сверхпроводимости Бар-Илана, где на них нанесли методом испарения на кремниевом чипе низкотемпературный сверхпроводник — ниобий. Скорость испарения и температуру кремниевой подложки тщательно контролировали, чтобы ниобий равномерно покрыл образец, но не проникал насквозь, так как при эксплуатации устройства это вызвало бы замыкание.

"Раньше создание трехмерных наносверхпроводников представляло собой очень сложный процесс, — говорит еще один автор исследования, руководитель Института сверхпроводимости Бар-Илана Йоси Йешурун. — Здесь мы нашли относительно простой способ, взяв за основу структуру ДНК".

Техника ДНК-оригами, которую применили исследователи, используется для создания трёхмерных наноструктур заданной архитектуры уже почти 15 лет, но сверхпроводящий материал таким методом получен впервые.

Авторы надеются, что трёхмерные сверхпроводящие наноструктуры найдут применение в усилителях сигналов, повышающих скорость и точность квантовых компьютеров, и в сверхчувствительных датчиках магнитного поля для медицинской визуализации и картирования геологической среды.

ИЛЛЮСТРАЦИИ: 1) Схема создания сверхпроводящего наноматериала на основе самосборки ДНК (Brookhaven National Laboratory). 2) Схема сборки трёхмерной сверхрешётки из октаэдрических каркасов ДНК и наночастиц золота и её преобразования в двуокись кремния и сверхпроводящую структуру (nature.com).

© По: ria.ru/20201110, nature.com, cheme.columbia.edu// мр.Ш.

Источник: vk.com

Комментарии: