;
Наука 15 мая 2022

Из белков собрали диоды и резисторы, которые используют квантовые эффекты

Далее

Исследователи создали самособирающиеся микросхемы для молекулярной электроники, состоящие из резисторов и диодов на основе белка. Описание разработки опубликовано в Nature Communications.

Химики Райан Чиечи и Ксинкай Цю из Университета штата Северная Каролина использовали два разных типа фуллеренов (молекулярных замкнутых многогранников из углерода). Эти клетки были помещены на золотые подложки и опущены в раствор первой фотосистемы хлоропластов. 

Ученые показали, что различные фуллерены побуждали белки первой фотосистемы к самосборке на поверхности в определенных формах, создавая диоды и резисторы. Сверху для завершения схемы были напечатаны контакты из жидкометаллической эвтектики галлий-индий. 

Изображение: Xinkai Qiu, Ryan C. Chiechi, Nature Communications

«Там, где нам нужны были резисторы, мы наносили один тип фуллерена на электроды, на которых самостоятельно собирается первая фотосистема, а там, где нам нужны были диоды, мы наносили другой тип. Ориентированные белки фотосистемы I выпрямляют ток — это означает, что электроны движутся только в одном направлении», — говорит Чиечи.

Исследователи соединили белковые структуры с искусственными электродами и создали простые логические схемы, которые использовали туннелирование электронов для модуляции тока.

Эти белки рассеивают волновую функцию электронов, опосредуя туннелирование способами, которые до сих пор полностью не изучены. В результате, несмотря на толщину 10 нм, эта схема работает на квантовом уровне, функционируя в туннельном режиме. И поскольку мы используем группу молекул, а не отдельные молекулы, структура стабильна. На самом деле мы можем печатать электроды поверх этих схем и создавать устройства.

Райан Чиечи, профессор химии из Университета штата Северная Каролина, соавтор исследования

Для демонстрации своей разработки химики создали простые логические элементы И/ИЛИ на основе диодов и включили их в импульсные модуляторы, которые могут кодировать информацию, включая или выключая один входной сигнал в зависимости от напряжения другого входа. Логические схемы на основе белков первой фотосистемы могли переключать входной сигнал с частотой 3,3 кГц. Это, как отмечают исследователи, хотя и не сравнимо по скорости с современными логическими схемами, является одним из лучших результатов для молекулярных схем.

Ученые полагают, что эти схемы на основе белков могут привести к разработке электронных устройств, которые улучшат, заменят или расширят функциональность классических полупроводников.


Читать далее

Американский спутник «разглядел» с Земли необычное послание

Опубликовано видео с ракеты, которую запустили из экспериментального ускорителя

Чудовище в центре нашей Галактики: посмотрите на фото черной дыры в Млечном Пути