EO

Supergeleiders kunnen nu groeien van DNA

16 november 2020 om 14:13 uur

Een illustratie die laat zien hoe sterk nanogestructureerde 3D-supergeleidende materialen kunnen worden gemaakt op basis van zelfassemblage van DNA. Beeld: Brookhaven National Laboratory

Complexe 3D-architecturen op nanoschaal op basis van zelfassemblage van DNA kunnen elektriciteit zonder weerstand geleiden en een platform bieden voor het fabriceren van kwantumcomputers en sensoren.


3D-nanogestructureerde materialen die elektriciteit zonder weerstand kunnen geleiden, zouden in een reeks kwantumapparaten kunnen worden gebruikt. Dergelijke 3D-supergeleidende nanostructuren zouden bijvoorbeeld toepassing kunnen vinden in signaalversterkers om de snelheid en nauwkeurigheid van kwantumcomputers en ultragevoelige magnetische veldsensoren voor medische beeldvorming en ondergrondse geologische mapping te verbeteren. Traditionele fabricagetools zoals lithografie zijn echter alleen geschikt voor de productie van 1-D- en 2-D-nanostructuren, zoals supergeleidende draden en dunne films.

 

Nu hebben wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), Columbia University en Bar-Ilan University in Israël een platform ontwikkeld voor het maken van 3D-supergeleidende nano-architecturen met een voorgeschreven organisatie.

 

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.


"Vanwege zijn constructieve programmeerbaarheid kan DNA een assemblageplatform bieden voor het bouwen van ontworpen nanostructuren", zei co-auteur Oleg Gang van Columbia Engineering. "De kwetsbaarheid van DNA maakt het echter ongeschikt voor functionele apparaatfabricage en nanofabricage waarvoor anorganische materialen nodig zijn. In deze studie hebben we laten zien hoe DNA kan dienen als een steiger voor het bouwen van 3D-architecturen op nanoschaal die volledig kunnen worden 'omgezet' in anorganische materialen zoals supergeleiders. "  De wetenschappers ontwierpen eerst DNA 'frames' en lieten die middels een DNA-programmastrategie aan elkaar groeien tot roosters. Deze werden vervolgens bedekt met siliciumdioxide (silica).

 

"In zijn oorspronkelijke vorm is DNA volledig onbruikbaar voor verwerking met conventionele nanotechnologische methoden", aldus Gang. "Maar zodra we het met silica bekleden, hebben we een mechanisch robuuste 3D-architectuur waarop we anorganische materialen kunnen deponeren. Dit is analoog aan traditionele nanofabricage, waarbij waardevolle materialen worden afgezet op vlakke substraten, meestal silicium, om functionaliteit toe te voegen."

 

De met silica beklede DNA-roosters werden vervolgens verzonden naar het Bar-Ilan's Institute of Superconductivity, dat wordt geleid door Yosi Yeshurun. "Voorheen was het maken van 3D-nanosupergeleiders een zeer ingewikkeld en moeilijk proces met conventionele fabricagetechnieken", zei co-auteur Yeshurun. "Hier hebben we daar een relatief eenvoudige manier voor gevonden."

 

Het team van Yeshurun ​​verdampte een lage temperatuur supergeleider (niobium) op een siliciumchip die een klein stukje van de roosters bevatte. De verdampingssnelheid en de temperatuur van het siliciumsubstraat moesten zorgvuldig worden gecontroleerd, zodat niobium het monster bekleedde maar niet helemaal doordrong. Als dat gebeurt, kan er kortsluiting ontstaan ​​tussen de elektroden die worden gebruikt voor de elektronische transportmetingen.


"We hebben een speciaal kanaal in het substraat gesneden om ervoor te zorgen dat de stroom alleen door het monster zelf gaat", legt Yeshurun ​​uit.

 

De metingen onthulden een 3D-constructie van Josephson-knooppunten, ofwel dunne niet-supergeleidende barrières met daarin supergeleidende stroomtunnels. Constructies van Josephson-knooppunten zijn de sleutel tot het benutten van kwantumverschijnselen in praktische technologieën, zoals supergeleidende kwantuminterferentie-apparaten voor detectie van magnetische velden. In 3D kunnen meer knooppunten in een klein volume worden verpakt, waardoor het apparaatvermogen toeneemt.

 

"We hebben aangetoond hoe complexe DNA-organisaties kunnen worden gebruikt om 3D-supergeleidende materialen met een hoowaardige nanostructuur te maken", aldus Gang. "Dit materiaalconversiepad geeft ons de mogelijkheid om een verscheidenheid aan systemen te maken met interessante eigenschappen - niet alleen supergeleiding maar ook andere elektronische, mechanische, optische en katalytische eigenschappen. We kunnen het ons voorstellen als een 'moleculaire lithografie', waar de kracht van DNA-programmeerbaarheid wordt overgebracht naar 3D-anorganische nanofabricage."

 

Gerelateerd nieuws

Demissionair minister Van Nieuwenhuizen:

Demissionair minister Van Nieuwenhuizen: "Technologie is de oplossing voor onderhoud van Nederlandse infrastructuur"

Demissionair minister Van Nieuwenhuizen van Infrastructuur en Waterstaat heeft een online werkbezoek gebracht aan het gemaal in IJmuiden en het gemaal- en sluizencomplex in Eefde. Rijkswaterstaat en de technologische…

Mayonaise onberekenbaar in turbulente stroming

Mayonaise blijkt nogal onberekenbaar

Als water en olie, in een sterke turbulente stroom, een emulsie vormen, kunnen druppels van water-in-olie ontstaan of juist druppels van olie-in-water. Het omslagpunt tussen die twee fasen is spectaculair, laten…

TU Delft scoort op 'Olympische Spelen voor chipontwerpers'

TU Delft scoort op 'Olympische Spelen voor chipontwerpers'

De 'Olympische Spelen voor chipontwerpers'. Zo noemt de TU Delft de International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), waarvoor het dit jaar vijftien papers en gastsprekers mag leveren.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilige Laserscanner PSENscan | Productieve ruimtebewaking!

De veiligheidslaserscanner PSENscan biedt een tweedimensionale ruimtebewaking met een openingshoek van 275 graden en een...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

25 februari 2021, 24, 25 en 26 februari 2021

Machineveiligheid in vogelvlucht (online training)

26 februari 2021, online

Webinar: DC en betonrot

Doordat we steeds meer 'all-electric' gaan en er een verschuiving plaats vindt van AC naar DC, neemt het...

1 maart 2021, online

Embedded World + Congatec

Embedded World en Congatec vinden dit jaar online plaats.

Meer agendapunten »