นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและอิสราเอลได้พัฒนาวิธีสร้างโครงสร้างนาโนตัวนำยิ่งยวดแบบ 3 มิติโดยการรวม DNA เข้ากับไนโอเบียมและซิลิกอน เทคนิคใหม่นี้อาจใช้เพื่อสร้างเครื่องขยายสัญญาณที่ช่วยเพิ่มความเร็วและความแม่นยำของคอมพิวเตอร์ควอนตัม เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กที่มีความไวสูงเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานทางการแพทย์และธรณีฟิสิกส์ ในขณะที่เทคนิคการผลิตชิ้นส่วนนาโน
แบบดั้งเดิม
เช่น การพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนสามารถสร้างโครงสร้างนาโนตัวนำยิ่งยวดหนึ่งมิติและสองมิติได้ แต่ความสามารถในการสร้างโครงสร้างสามมิตินั้นมีจำกัด ในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้หันไปใช้เทคนิคการประกอบตัวเองแทน ซึ่งใช้ DNA เพื่อสร้างโครงสร้างระดับนาโน 3 มิติ และรวมเข้า
กับส่วนประกอบนาโนอนินทรีย์ที่ใช้งานได้ เทคนิคหนึ่งที่เรียกว่าใช้การจับคู่ตามธรรมชาติของเบสนิวคลีโอไทด์ทั้งสี่เพื่อสร้างรูปทรงทางวิศวกรรมที่ประกอบขึ้นเองจำนวนมาก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการพับ DNA สายยาวเส้นเดียวด้วยความช่วยเหลือของสายเสริมที่สั้นกว่าในตำแหน่งเฉพาะเพื่อสร้างโครงสร้าง
ระดับนาโนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โครงสร้างนาโนเหล่านี้สามารถใช้เป็นนั่งร้านสำหรับสร้างสถาปัตยกรรมสามมิติระดับนาโนที่สามารถ “เปลี่ยน” เป็นวัสดุอนินทรีย์ เช่น ตัวนำยิ่งยวด เช่นเดียวกับผลงานชิ้นใหม่นี้ วิศวกรนาโนแห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและศูนย์ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ สำหรับวัสดุนาโนเชิงหน้าที่
“เฟรม”ในการทดลองของพวกเขา และเพื่อนร่วมงานรูปทรงแปดด้านโดยใช้ชุดซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า caDNAno แต่ละขอบภายในเฟรมประกอบด้วยกลุ่ม DNA หกเกลียวที่ยาว 28.6 นาโนเมตรและมีคู่เบส 84 คู่ ที่ปลายแต่ละด้านของบันเดิลเหล่านี้ นักวิจัยได้เพิ่มสายโซ่ DNA แบบเส้นเดี่ยว
ที่วัดความยาวได้ประมาณ 2 นาโนเมตร และออกแบบมาเพื่อเสริมสายโซ่ DNA ของโอริกามิ DNA ฝ่ายตรงข้าม เพื่อให้เห็นภาพ (และแสดงลักษณะ) โครงสร้างได้ดีขึ้น นักวิจัยได้ใส่อนุภาคนาโนทองคำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 นาโนเมตรลงใน “กรง” แปดหน้าแต่ละอัน โดยที่อนุภาคถูกยึดให้อยู่กับที่
โดยโครงสร้าง
ที่ทำจาก DNA ที่ประกอบเข้ากับเส้นใยด้านในของ กรอบ จากนั้น นักวิจัยได้ประกอบกรงเข้าด้วยกันเป็นโครงลูกบาศก์ซูเปอร์แลตทิซรูปแปดด้านแบบง่ายๆ ที่ทำจากโครงสองคู่ และออกแบบให้มีสายดีเอ็นเอเฉพาะเจาะจงที่มีเป้าหมายคู่เสริมสี่คู่ในระนาบและสองคู่นอกระนาบ ตัวอย่างซูเปอร์แลตทิซ
ที่ได้คือเกล็ดยาว 5-10 ไมครอนและหนา 1-3 ไมครอน และนักวิจัยใช้การกระเจิงของรังสีเอกซ์แบบมุมเล็กที่แหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนแห่งชาติเพื่อยืนยันโครงสร้างระดับนาโน สถาปัตยกรรม 3D ที่แข็งแกร่งทางกลไกจากนั้น ทีมงานได้ทำให้มวลรวมของพวกเขาแข็งตัวโดยใช้เทคนิคเคมีแบบเปียก
เพื่อเคลือบโครงร่างดีเอ็นเอด้วยชั้นของซิลิกอนไดออกไซด์อธิบายว่า “ในรูปแบบเดิม DNA ไม่สามารถนำไปใช้ในการประมวลผลด้วยวิธีนาโนเทคโนโลยีทั่วไปได้” “แต่เมื่อเราเคลือบ DNA ด้วยซิลิกา เราก็มีสถาปัตยกรรม 3 มิติที่ทนทานทางกลไก ซึ่งเราสามารถฝากวัสดุอนินทรีย์ไว้โดยใช้วิธีการเหล่านี้
สิ่งนี้คล้ายคลึงกับการผลิตนาโนแบบดั้งเดิม ซึ่งวัสดุที่มีค่าจะถูกวางลงบนพื้นผิวเรียบ ซึ่งโดยทั่วไปคือซิลิกอน เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงาน” ขั้นตอนต่อไปคือการใช้เทคนิคการระเหยเพื่อเคลือบซูเปอร์แลตทิซที่เคลือบด้วยซิลิกาด้วยชั้นไนโอเบียมหนาประมาณ 10 นาโนเมตร งานส่วนนี้ดำเนินการ
ที่สถาบันตัวนำยิ่งยวดที่มหาวิทยาลัย ในอิสราเอล ที่นั่น นักวิจัยที่นำควบคุมทั้งอุณหภูมิของสารตั้งต้นซิลิกอนและอัตราการสะสมของไนโอเบียมอย่างระมัดระวัง เพื่อให้ไนโอเบียมเคลือบเฉพาะตัวอย่างและไม่ซึมผ่านเข้าไปจนหมด พวกเขาทำสิ่งนี้เพื่อป้องกันการลัดวงจรระหว่างอิเล็กโทรดที่ใช้สำหรับการวัด
การขนส่ง
ทางอิเล็กทรอนิกส์ในภายหลัง อาร์เรย์เป็นระยะๆ ของทางแยกโจเซฟสันเมื่อขั้นตอนนี้เสร็จสมบูรณ์ นักวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่านแบบส่องกราดด้วยสเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน เพื่อตรวจสอบโครงสร้างของตัวอย่าง เทคนิคการถ่ายภาพนี้เผยให้เห็นโครงสร้างซูเปอร์แลตทิซ
ที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วย DNA ที่เคลือบด้วยซิลิกาและ “ตัวติดตาม” ของอนุภาคนาโนทองคำ โครงสร้างนี้ก่อตัวเป็นอาร์เรย์เป็นระยะๆ ของรอยต่อโจเซฟสัน ซึ่งเป็นสิ่งกีดขวางบางๆ ที่ไม่ใช่ตัวนำยิ่งยวดแม้ว่าจะเป็นตัวนำยิ่งยวดในอุโมงค์ปัจจุบันก็ตาม โดยไนโอเบียมในซูเปอร์แลตทิซส่วนใหญ่จะถูกกักไว้
ที่ชั้นแปดด้านสามคู่บนสุด (ซึ่งมีความหนารวมประมาณ 290 นาโนเมตร) ในขั้นตอนสุดท้าย นักวิจัยได้ทำการวัดลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าของซูเปอร์แลตทิซที่อุณหภูมิระหว่าง 1.9 ถึง 3.7 เค เส้นโค้งที่เกิดขึ้นเป็นแบบฉบับของทางแยกโจเซฟสันเดี่ยว นั่นคือ พวกมันแสดงแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์
แก๊งค์และเพื่อนร่วมงานทราบว่าจุดเชื่อมต่อของโจเซฟสันเป็นองค์ประกอบหลักในการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ควอนตัมในเทคโนโลยีที่ใช้งานจริง โดยมีตัวอย่างรวมถึงอุปกรณ์อ้างอิงควอนตัมตัวนำยิ่งยวด (SQUIDs) ที่ใช้ในการรับรู้สนามแม่เหล็ก ลักษณะสามมิติของทางแยกโจเซฟสันที่สร้างขึ้น
ในงานนี้หมายความว่าสามารถบรรจุทางแยกจำนวนมากขึ้นในไดรฟ์ข้อมูลขนาดเล็กเดียวกันได้ ซึ่งสามารถเพิ่มพลังของอุปกรณ์ที่ใช้ทางแยกเหล่านี้ได้ ในขณะที่ DNA ไม่จำเป็นต้องเป็นวัสดุที่มีประโยชน์มากที่สุดสำหรับงานดังกล่าว นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าโดยหลักการแล้ว
การจัดระเบียบ DNA ที่ซับซ้อนสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างวัสดุตัวนำยิ่งยวด 3 มิติที่มีโครงสร้างระดับนาโนสูงได้ “เส้นทางการแปลงวัสดุนี้ทำให้เราสามารถสร้างระบบที่หลากหลายด้วยคุณสมบัติที่น่าสนใจ ไม่เพียงแต่คุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ทางกล แสง
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
