Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen (NSC) sekä Tampereen yliopiston BioMediTechin (BMT) tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan nanokokoisia sähköisiä laitteita. Niissä hyödynnetään DNA:ta ja erityisesti sen ilmiömäisiä itsejärjestäytymisominaisuuksia.
Varsinaiseen sähköiseen toimintaan suomalaistutkijoiden kehittämä DNA ei tässä tapauksessa kuitenkaan osallistu, vaan sen tehtävänä on järjestää rakenteen ns. saarekkeina toimivat kultananohiukkaset kolmen hiukkasen ketjuiksi muutaman nanometrin tarkkuudella.
Normaalisti metallien hyvä sähkönjohtokyky perustuu niiden lukemattomiin vapaasti liikkuviin elektroneihin. Sähkövirta muodostuu miljoonien elektronien liikkeestä, eikä yksittäisellä elektronilla tällöin ole juuri merkitystä.
Nanometrien mittakaavassa jo yhden elektronin lisääminen metalliseen nanorakenteeseen voi vaikuttaa merkittävästi. Yleensä tämä lisäys tapahtuu kvanttimekaanisen niin kutsutun tunneloinnin avulla. Tässä tutkimuksessa elektronit tunneloituivat rakenteen ulkoiseen piiriin yhdistävältä elektrodilta ensimmäiselle nanohiukkaselle ja siitä edelleen seuraavalle välissä olevien rakojen yli – aina koko ketjun läpi.
”Yhden elektronin liikkeeseen perustuvia kymmenien nanometrien kokoisia rakenteita ja laitteita on valmistettu perinteisemmillä nano- ja mikrovalmistusmenetelmillä jo muutaman vuosikymmenen ajan”, kertoo yliopistonlehtori Jussi Toppari. Topparin käsitteli aikoinaan väitöskirjassaan tällaisia rakenteita.
Hänen mukaansa ongelmana on kuitenkin ollut näiden rakenteiden toimintaan vaadittava hyvin matala lämpötila – lähellä absoluuttista nollapistettä. Tämä onkin ollut Topparin mukaan perinteisten valmistusmenetelmien heikkous. Sillä laitteiden luonteesta johtuen mitä enemmän rakennetta saadaan pienennettyä, sitä korkeammassa lämpötilassa se voi toimia.”
Nykyään nanoteknologian avulla pystytään kuitenkin luotettavasti muodostamaan vain muutaman nanometrien kokoisia metallisia hiukkasia, jotka voisivat toimia yhden elektronin rakenteina aina huoneenlämpötilaan saakka.
Tutkimus on tehty Suomen Akatemian rahoituksella. Tutkimuksen sähköiset testit osoittavat ensi kertaa, että DNA:n itsejärjestyvyyteen perustuvilla skaalautuvan sarjatuotannon mahdollistavilla menetelmillä voidaan todella luoda toimivia yhden elektronin liikkeeseen perustuvia laitteita.
TAUSTAA: Tutkimus on jatkumoa ryhmien pitkäjänteiselle monitieteelliselle yhteistyölle. Mukana olivat myös tutkijatohtori Jenni Leppiniemi (BMT), tutkija Boxuan Shen (JYU) sekä merkittävän avun kultahiukkasten kiinnittämisessä DNA:han tarjonnut dosentti Wolfgang Fritzsche (IPHT, Jena, Saksa). Tutkimusta on saanut Suomen Akatemian lisäksi rahoitusta Saksan DAAD:lta.
LINKKI: 13.10.2016 Nano Letters (LINKKI)
Uusimmat teknologiauutiset kätevästi uutiskirjeessä – kerran viikossa. (LINKKI)
LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA
Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi verkosta!
http://issuu.com/uusiteknologia.fi/docs/1_2016?e=19307983/35580639