Исследователи из Университета Джорджии в США и Университета Бен-Гуриона в Израиле растоптали основы современной электроники, создать один из самые маленькие диоды в мире молекулы ДНК. Диод настолько мал, что его невозможно увидеть даже в обычный микроскоп.
Диод — это электронное устройство, проводящее ток только в одном направлении. Практически во всех современных технологиях используются кремниевые чипы, для производства которых требуются миллионы диодов. Чем меньше размер этих тонких линий, тем выше вычислительная мощность чипа. Поэтому уменьшение диода до размеров ДНК стало настоящим прорывом в электронике.
«В течение 50 лет мы увеличивали вычислительную мощность и делали микросхемы все меньше и меньше, но теперь мы преодолеваем физические ограничения кремния», — сказал Бинцянь Сюй, главный научный сотрудник Университета Джорджии.
«Наши открытия могут привести к прогрессу в проектировании и создании электронных компонентов нанометрового размера, которые как минимум в 1000 раз меньше, чем существующие компоненты», — добавил профессор.
В погоне за диодами меньшего размера ученые долгое время пытались использовать единственную молекулу в конструкции — наименьшей из возможных стабильных структур. Руководствуясь этой логикой, команда профессора Зу обнаружила, что идеальным кандидатом на роль «нанодиода» является ДНК: большая молекула предсказуема, разнообразна по структуре и проста в программировании.
Однако ученые не уверены, может ли ДНК проводить ток как диод. В идеале диод должен блокировать 100% тока в одном направлении и позволять ему беспрепятственно течь в другом направлении. Фактически, современные диоды допускают небольшую утечку тока в противоположном направлении.
Чтобы создать диод из ДНК, ученые использовали крошечную молекулярную цепочку из 11 нуклеотидов (для сравнения: каждая клетка человека содержит спираль ДНК из 3 миллиардов нуклеотидов) … Затем ученые добавили в нее особое вещество коралл. ДНК и подключили его к электронной сети длиной всего несколько нанометров.
Удивительно, но исследователи обнаружили, что ДНК — отличный диод, и ток, протекающий через него в одном направлении, в 15 раз лучше, чем в противоположном.
«Это открытие очень противоречит здравому смыслу, потому что молекулярная структура в ДНК не должна изменять симметрию после введения кораллина», — сказал профессор Зу.
Несмотря на все важные открытия, ДНК-диод имеет один недостаток: он не так эффективен, как другие молекулярные диоды, созданные ранее. Однако он намного меньше любого из них, а значит, ДНК-диоды подойдут для чипов больше, чем другие диоды. В свою очередь, это позволит создавать электронные устройства меньшего размера с более высокими характеристиками.
Сейчас группа ученых работает над повышением эффективности ДНК-диодов, чтобы они могли конкурировать с кремниевыми диодами. Это захватывающая возможность представить себе электронные устройства, построенные на молекулярном уровне. Будущее обнадеживает.
