Созданы наноразмерные сверхпроводники на основе ДНК

МОСКВА, 10 ноя — РИА Новости. Ученые из США и Израиля впервые создали трехмерный сверхпроводящий наноматериал. Каркасом послужили самособирающиеся молекулы ДНК. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

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

Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, Колумбийского университета и Университета Бар-Илан в Израиле разработали платформу для создания трехмерных 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 (Oleg Gang), руководителя группы мягких и биологических наноматериалов Центра функциональных наноматериалов и профессора химической инженерии, прикладной физики и материаловедения Колумбийского университета. — Однако хрупкость ДНК делает ее непригодной для изготовления функциональных устройств и нанопроизводства из неорганических материалов. В этом исследовании мы показали, как ДНК служит каркасом для создания трехмерных наноразмерных архитектур, которые могут быть полностью преобразованы в неорганические материалы, такие как сверхпроводники".

Чтобы придать прочность каркасу ДНК, ученые 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 (Yosi Yeshurun). — Здесь мы нашли относительно простой способ, взяв за основу структуру ДНК".

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

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