Исследователи университетов Джорджии в США и Бен-Гуриона в Израиле попрали основы современной электроники, создав самый маленький диод в мире из молекулы ДНК. Диод настолько крохотный, что его невозможно разглядеть даже через обычный микроскоп.
Диоды – это электронные устройства, которые проводят ток лишь в одну сторону. Почти вся современная техника работает на силиконовых чипах, для создания которых нужны миллионы диодов. Чем меньше размер этих крохотных проводников – тем выше процессинговая мощность чипа. Поэтому уменьшение диода до размера ДНК и стало настоящим прорывом в электронике.
«На протяжении 50 лет мы увеличивали вычислительную мощность все больше, делая чипы все меньше и меньше, но сейчас мы выходим за физические пределы кремния», – говорит ведущий исследователь Бингшен Зюй (Bingqian Xu), из университета Джорджии.
«Наше открытие может привести к прогрессу в проектировании и строительстве наноразмерных электронных элементов, которые как минимум в 1000 раз меньше, чем текущие компоненты», – добавил профессор.
В погоне за уменьшением размера диодов ученые уже давно пытались использовать в проектировании отдельные молекулы – наименьшие из всех возможных стабильных структур. Руководствуясь этой логикой, команда профессора Зюй обнаружила, что идеальный кандидат в «нанодиоды» – это ДНК: макромолекула одновременно и предсказуема по структуре, и разнообразна, а также легко поддается программированию.
Однако ученые не были уверены, сможет ли ДНК проводить электрический ток так, как это должен делать диод. В идеале, диод должен блокировать 100% тока в одном направлении и позволять ему без ограничений протекать в другом. На деле же сегодняшние диоды допускают небольшую утечку тока в обратном направлении.
Для создания диода из ДНК ученые использовали крохотную молекулярную цепочку из 11-ти нуклеотидов (для сравнения: каждая клетка человека содержит спираль ДНК из трех миллиардов нуклеотидов). Затем ученые добавили в ДНК специальное вещество коралин – и подключили к электронной сети длиной всего несколько нанометров.
Неожиданно для себя исследователи обнаружили, что ДНК – прекрасный диод, через который ток в одном направлении протекает в 15 раз лучше, чем в обратном.
«Эта находка весьма противоречит здравому смыслу, так как молекулярная структура в ДНК не должна изменять симметрию после ввода коралина», – отметил профессор Зюй.
Несмотря на всю важность открытия, у ДНК-диода есть один недостаток: он не настолько эффективен, как другие молекулярные диоды, созданные ранее. Однако он намного меньше любого из них, а это означает, что диодов из ДНК поместится на чипе больше, чем других. Это, в свою очередь, позволит создавать электронные устройства меньших размеров с большей производительностью.
Сейчас команда ученых работает над повышением эффективности ДНК-диодов, чтобы они смогли конкурировать с кремниевыми. От такой возможности дух захватывает – представьте себе электронику, построенную на молекулярном уровне. Будущее вдохновляет.
