p A natureza inspirou gerações de pessoas, oferecendo uma infinidade de materiais diferentes para inovações. Um desses materiais é a molécula da herança, ou DNA, graças às suas propriedades únicas de automontagem. Pesquisadores do Centro de Nanociência (NSC) da Universidade de Jyväskylä e da BioMediTech (BMT) da Universidade de Tampere agora demonstraram um método para fabricar dispositivos eletrônicos usando DNA. O próprio DNA não tem parte na função elétrica, mas atua como um andaime para formar uma estrutura linear, nanoestrutura semelhante a um colar de pérolas consistindo de três nanopartículas de ouro. p A natureza da condução elétrica em materiais em nanoescala pode ser muito diferente da normal, estruturas metálicas em macroescala, que têm incontáveis ​​elétrons livres formando a corrente, tornando, assim, qualquer efeito por um único elétron insignificante. Contudo, até mesmo a adição de um único elétron em um pedaço de metal em nanoescala pode aumentar sua energia o suficiente para impedir a condução. Este tipo de adição de elétrons geralmente acontece por meio de um efeito da mecânica quântica chamado tunelamento, onde os elétrons fazem um túnel através de uma barreira de energia. Neste estudo, os elétrons tunelizados do eletrodo conectado a uma fonte de voltagem, para a primeira nanopartícula e daí para a próxima partícula e assim por diante, através das lacunas entre eles.

p "Esses dispositivos de elétron único foram fabricados na escala de dezenas de nanômetros usando métodos convencionais de micro e nanofabricação por mais de duas décadas, "diz o conferencista sênior Jussi Toppari do NSC. Toppari já estudou essas estruturas em seu trabalho de doutorado.

p "O ponto fraco dessas estruturas tem sido as temperaturas criogênicas necessárias para que funcionem. Normalmente, a temperatura de operação desses dispositivos aumenta conforme o tamanho dos componentes diminui. Nosso objetivo final é fazer com que os dispositivos funcionem à temperatura ambiente, o que dificilmente é possível para os métodos convencionais de nanofabricação - então, novos locais precisam ser encontrados. "

p A nanotecnologia moderna fornece ferramentas para fabricar nanopartículas metálicas com o tamanho de apenas alguns nanômetros. Dispositivos de elétron único fabricados a partir dessas nanopartículas metálicas podem funcionar até a temperatura ambiente. O NSC tem uma longa experiência na fabricação dessas nanopartículas.

p "Após a fabricação, as nanopartículas flutuam em uma solução aquosa e precisam ser organizadas na forma desejada e conectadas ao circuito auxiliar, "explica o pesquisador Kosti Tapio." A automontagem baseada em DNA, juntamente com sua capacidade de ser ligada a nanopartículas, oferece um kit de ferramentas muito adequado para esse propósito. "

p Nanopartículas de ouro são anexadas diretamente à solução aquosa em uma estrutura de DNA projetada e previamente testada pelos grupos envolvidos. Todo o processo é baseado na automontagem do DNA, e produz inúmeras estruturas dentro de um único patch. Estruturas prontas são ainda presas para medições por campos elétricos.

p "As propriedades superiores de automontagem do DNA, junto com sua fabricação madura e técnicas de modificação, oferecem uma grande variedade de possibilidades, "diz o professor associado Vesa Hytönen.

p As medições elétricas realizadas neste estudo demonstraram pela primeira vez que esses métodos de fabricação escalonáveis ​​baseados na automontagem de DNA podem ser utilizados de forma eficiente para fabricar dispositivos de elétron único que funcionam em temperatura ambiente.

p A pesquisa se baseia em uma colaboração multidisciplinar de longo prazo entre os grupos de pesquisa envolvidos. Além das pessoas acima, Dra. Jenni Leppiniemi (BMT), Boxuan Shen (NSC), e Dr. Wolfgang Fritzsche (IPHT, Jena, Alemanha) contribuíram com a pesquisa. O estudo foi publicado em 13 de outubro de 2016 em Nano Letras . O financiamento colaborativo para viagens foi obtido do DAAD na Alemanha.