科学家们利用DNA分子作基底,制作了超导纳米器件,论证了一种新型的量子干扰,并能用于测量磁场和超导性的映射范围。将来该技术可被推广,用于制作半导体或者其它类型的电子器件。
伊里诺斯大学的研究人员已制作研究了由宽度小至3到4个分子直径(典型值5-15nm)的成对悬挂超导线组成的纳米结构。该研究小组由物理学教授Alexey Bezryadin 和 Paul Goldbart,,以及研究生David Hopkins 和 David Pekker组成。
Bezryadin说:“对这些两个纳米线器件的测量在外加磁场下电阻显示出奇特的周期性振荡。通过实验和理论研究,我们找到了对这种奇特状态的一种解释和让他工作的一种方法。”
为了制作纳米器件,研究人员开始把DNA分子放置在硅晶圆上的一个窄沟槽(~100nm宽)上。然后用一薄层超导材料(钼锗)涂敷在分子和槽岸上。这样可得到包含一对特征非常出色的相同超导纳米线的器件。
Bezryadin说:“通过在DNA表面制作薄膜,我们能制作直径在10nm以下的纳米线,这是采用其它方法很难做到的,采用传统方法几乎无法实现。为此,我们首先制作了带孔的衬底,如果你将放置一个DNA,使它横跨在其中一个孔上,它会自己伸展开。这样你就获得了这些直的线,而且制作这样的衬底也很方便。随后我们只要在它们上面溅射金属,制作超导纳米线就行了。”
Bezryadin补充到:“没有磁场的情况下,这些超细线在大的温度范围内的电阻不为零。在较粗的线已经是超导的温度下,这些DNA样品线仍有电阻。”

但是调节加到器件上的磁场强度时,在转变区域内的任何温度下可引起电阻明显的周期性振荡。
Goldbart说:“外加磁场引起沿槽岸流动的小电流,而该电流引起电阻的明显变化。电流强度仅受磁场和支撑纳米线的岸宽度控制。”
Goldbart注意到引起的周期性振荡是物质的波特性的反映,是量子力学的核心。他说:“与普通物质不同,这些纳米线中的电子的行为好像在一个大的量子力学波函数中的一个量子力学物体。”
研究人员报道了基于DNA基底的金属纳米器件能用于局部磁力和由超导电流引起的相位分布测定,实质上是超导相位倾斜计。
Bezryadin说:“充分利用DNA自组装工艺,能够制作用于分子尺寸特征的电子器件的复合基底。你可以以独特的序列合成DNA,而且如果你有不同类型的DNA,则它们将能组装进你设计的系统中。人们用DNA制作网络和一些结构像立方体这样的几何物体,可以设计DNA并且自组装进复杂的网络里。”Bezryadin 和大学生Mikas Remeika通过采用聚焦电子束局部改变金属化之后的纳米线的形状和结构,改进了纳米制作工艺。
Bezryadin注意到采用透射电子显微镜,电子束雕刻和结晶可以改变纳米线的一小部分,空间分辨率是~3 nm。该技术能用于制作新颖的纳米电子器件,例如尺寸<10 nm的单电子器件。
Bezryadin称该方法能够制作出其它类型的电子器件。他说:“你能把半导体材料或一些磁性金属放置在这些DNA上,从而制作半导体或磁性线。这是一种可以推广到其它应用的方法”