Kuantum noktaları, DNA sensörlerinin spin taşıma özelliklerini ortaya koyuyor
Kendi kendine montaj işlevi nedeniyle, DNA sensörleri çok düşük güç kaynağı gerektiren yeni nesil sensörler olarak büyük ilgi görmüştür.
Stady: DNA ve demir katkılı elektrolitik QD metal-organik bağlantının rotasyonel taşıma özellikleri. Resim Kredisi: marie_mi / Shutterstock.com
Bilim adamları yakın zamanda, oda sıcaklığındaki DNA sensörlerinin spin aktarımını ve kuantum saçılma iletim özelliklerini karakterize etmek için kuantum demir (Fe) (QD) elektrotları kullandılar. Bu çalışma şu adreste mevcuttur: Bugünün Makaleleri: Eylemler.
Nanoteknolojide Spintronics’in rolü
Spintronics, elektronların manyetik momentleriyle birlikte içsel spin özelliklerine dayanan yeni nesil nanoelektronik cihazların gelişmekte olan bir alanıdır. Spintronics, tümü elektronik bellek aygıtları için ideal olan, çalıştırmak için düşük güç, yüksek yoğunluk ve yüksek hızlı işleme gerektiren aygıtlar geliştirmede büyük bir potansiyel göstermiştir. Bu özellikler, öncelikle dairesel polarize ışık için optoelektronik cihazlarda kullanılır. İlginç bir şekilde, yarı iletken tünel kavşağında x-elektronik de uygulanmaktadır.
Döndürme akımının azalma hızı, etkili dönüş yayılımının uzunluğu ile doğru orantılıdır. Ayrıca, spinin kimyasal potansiyeli ve spin birikim hızı, spin akımının bozunma hızı ile doğru orantılıdır.
X-elektronik uygulamasında en önemli rolü spin akımı oynar. Spin transferi olgusu, spin transferi ile ilgili olan paralel konfigürasyon (PC) ve antiparalel konfigürasyon (APC) olmak üzere iki önemli konfigürasyon içerir. Yarı iletkenlerde, etkin dönüş yayılma uzunluğu, dönüş akımıyla aynı yönde akan yüke bağlıdır.
Ultra ince metal oksit katmanları tipik olarak manyetize tünel bağlantılarını (MTJ’ler) geliştirmek için kullanılır. Magnezyum oksit (MgO), silikon dioksit (SiO.)2) ve zirkonyum dioksit (ZrO2) tünel bağlantılarının imalatında yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Bununla birlikte, bu malzemelerin sınırlı etkili işlevi, metal oksit kusurları ve endojen difüzyon, tünelleme bağlantı cihazlarının gelişimini büyük ölçüde etkiler.
Demir katkılı karbon nanotüpler (CNT) gibi nanopartiküller, tünel bağlantı cihazlarının üretiminde kullanılır. İlginç bir şekilde, bir grup araştırmacı, yoğunluk, güç, çalışma frekansı, termal şok direnci yeteneği ve olumsuz ortamlara direnç açısından geliştirilmiş performanslarından dolayı karbon nanotüpleri silikon karbür nanotüpler (SiCNT) ile değiştirmeyi önerdi. Döndürme taşınımı incelemek için kullanılan bir başka nanomateryal bor nitrür nanotüptür.
Bir atom veya moleküle iyon ve proton ekleme işlemi protonasyon olarak bilinir. Bu süreç, rotasyonel taşıma fenomeninde katalitik bir rol oynar. Proton, verimli spin taşıma akımını kolaylaştırmak için metal-organik arayüze dahil edilmiştir.
DNA ve Fe QD kullanarak organometalik bağlantının geliştirilmesi
Yeni çalışma, DNA (bir biyomolekül) ve Fe (metal) QD kullanılarak geliştirilen organometalik bağlantıyı araştırıyor. Bu yeni geliştirilen cihaz, iki FeQD’ye bağlı tek iplikli DNA oluşturur. Bu QD’lerin genişletilmiş bölgeleri elektrot olarak kabul edilir.
Atom modelinin her iki ucu da QD’lerden oluşur. Elektrotlar ve DNA arasında zayıf bir Coulomb etkileşimi korunmuştur. Önemli olarak, elektrotlar, esasen Fe QD’lerin genişletilmiş bölgelerine sahip tek DNA molekülü olan merkezi moleküler bölge boyunca önemli ölçüde daha yüksek hızlı dönen balistik kuantum akım akışı oluşturmak için katkılanmıştır.
DNA’nın rotasyonel taşıma özellikleri ve metal-organik bağlantı FeQD
İlk temel yaklaşım, yani yeşil dengesizlik fonksiyonu (NEGF) ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT), spin taşıma özelliklerini anlamak için PC ve APC konfigürasyonlarını incelemek için kullanıldı. Ayrıca, DNA sensörünün kuantum saçılım iletim özellikleri, oda sıcaklığında FeQD elektrotları aracılığıyla değerlendirildi.
Doping konsantrasyonu, elektrotların uçlarına uygulanan voltaja göre ayarlandı. Doping konsantrasyonundaki değişiklik, Landauer Büttiker formülü kullanılarak hesaplanan hem PC hem de APC konfigürasyonları için spin transfer akımı iletimini değiştirdi. İletim tepe noktaları, elektro-doping konsantrasyonuna bağlıdır. Döndürme taşıma akımının, termodinamik stabiliteden ve düşük bariyer yüksekliği ile yüksek kanal iletkenliğinden sorumlu olan daha düşük bir APC oluşturduğu bulundu.
PC’de, çok sayıda kuantum saçılma kanalını temsil eden daha büyük bir iletim zirvesi ile birlikte daha fazla dönüş iletim akımı gözlenir. Elektrostimulantların konsantrasyonunun arttırılması, bariyerin yüksekliğini azaltarak, merkezi bölgeden daha büyük bir akımın akışını kolaylaştırdı. Ancak, geri saçılımın etkisi nedeniyle iletim biraz azaldı. Hem rotor hem de aşağı akım PC konfigürasyonlarında yüksek akım akışı gözlenir. Ancak, dönüş akımı, dönüş akımına kıyasla çok daha büyüktü.
Tünelleme organik metal temas direncinin (TOMCR) tahmini, sıfır voltajda TOMCR’nin %99,99 olduğunu ve voltajın 0,4’e yükseltilmesiyle korunduğunu ortaya çıkardı. TOMCR, voltajı 0,4’ün üzerine çıkararak azaldı.
Yeni geliştirilen cihaz, PC ve APC için daha yüksek öngerilim voltajına sahip %100 spin filtreleme etkisi sağlayabilir ve yeni nesil spin tabanlı cihazların geliştirilmesi için potansiyel bir aday olabilir.
referans
de Roy, d. et al. (2022) DNA’da rotasyonel taşımanın özellikleri ve elektriksel olarak katkılı QD katkılı demir-organo-metal bağlantısı. Bugünün Makaleleri: Eylemler. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785322055110
