Khái niệm mạch logic
Thông tin công nghệ

Mạch logic có thể in, tự lắp ráp được tạo từ protein

Logic Circuit Concept

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng các mạch dựa trên protein, tự lắp ráp có thể thực hiện các chức năng logic đơn giản để chứng minh rằng có thể tạo ra các mạch kỹ thuật số ổn định tận dụng các đặc tính của electron ở các thang lượng tử.

Trong một nghiên cứu chứng minh khái niệm, các nhà khoa học đã tạo ra các mạch tự lắp ráp dựa trên protein có thể thực hiện các chức năng logic đơn giản. Công trình chứng minh rằng việc tạo ra các mạch kỹ thuật số ổn định tận dụng các đặc tính của electron ở các thang lượng tử là hoàn toàn khả thi.

Một trong những trở ngại trong việc tạo ra các mạch phân tử là các mạch trở nên không đáng tin cậy khi kích thước mạch giảm. Điều này là do các electron cần thiết để tạo ra dòng điện hoạt động giống như sóng, không phải hạt, ở quy mô lượng tử. Ví dụ, trên một mạch điện có hai dây dẫn cách nhau một nanomet (một phần tỷ mét), điện tử có thể “đào hầm” giữa hai dây và đồng thời ở cả hai nơi, gây khó khăn cho việc điều khiển hướng của dòng điện. . Các mạch phân tử có thể giảm thiểu những vấn đề này, nhưng các mối nối đơn phân tử có tuổi thọ ngắn hoặc năng suất thấp do những thách thức liên quan đến việc chế tạo điện cực ở quy mô đó.

Ryan Chiechi, phó giáo sư hóa học tại Đại học bang North Carolina và là đồng tác giả của bài báo mô tả công trình cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi là cố gắng tạo ra một mạch phân tử sử dụng đường hầm có lợi cho chúng tôi thay vì chống lại nó.

Chiechi và đồng tác giả Xinkai Qiu của Đại học Cambridge đã xây dựng các mạch điện bằng cách lần đầu tiên đặt hai loại lồng fullerene khác nhau trên nền vàng có hoa văn. Sau đó, họ nhấn chìm cấu trúc vào dung dịch quang hệ một (PSI), một phức hợp protein diệp lục thường được sử dụng.

Các fulleren khác nhau khiến các protein PSI tự tập hợp trên bề mặt theo các hướng cụ thể, tạo ra các điốt và điện trở khi các tiếp điểm trên cùng của eutectic kim loại lỏng gali-indium, EGaIn, được in trên đầu trang. Quá trình này vừa giải quyết những hạn chế của các mối nối đơn phân tử vừa bảo toàn chức năng phân tử-điện tử.

“Ở nơi chúng tôi muốn có điện trở, chúng tôi đã tạo mẫu một loại fullerene trên các điện cực mà PSI tự lắp ráp, và nơi chúng tôi muốn điốt, chúng tôi tạo mẫu khác,” Chiechi nói. “PSI định hướng điều chỉnh dòng điện – nghĩa là nó chỉ cho phép các electron chạy theo một hướng. Bằng cách kiểm soát hướng thuần trong các cụm PSI, chúng tôi có thể chỉ định cách điện tích di chuyển qua chúng. “

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp tổ hợp protein tự lắp ráp với các điện cực do con người tạo ra và tạo ra các mạch logic đơn giản sử dụng hành vi đào đường hầm của điện tử để điều chỉnh dòng điện.

Chiechi nói: “Những protein này phân tán chức năng sóng điện tử, làm trung gian cho việc đào đường hầm theo những cách mà người ta vẫn chưa hiểu rõ. “Kết quả là mặc dù dày 10 nanomet nhưng mạch này hoạt động ở mức lượng tử, hoạt động theo chế độ đường hầm. Và bởi vì chúng ta đang sử dụng một nhóm phân tử, chứ không phải các phân tử đơn lẻ, cấu trúc ổn định. Chúng tôi thực sự có thể in các điện cực trên đầu các mạch này và chế tạo các thiết bị ”.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các cổng logic AND / OR đơn giản dựa trên diode từ các mạch này và kết hợp chúng vào bộ điều biến xung, có thể mã hóa thông tin bằng cách bật hoặc tắt một tín hiệu đầu vào tùy thuộc vào điện áp của đầu vào khác. Các mạch logic dựa trên PSI có thể chuyển tín hiệu đầu vào 3,3 kHz – tín hiệu này, mặc dù không thể so sánh về tốc độ với các mạch logic hiện đại, nhưng vẫn là một trong những mạch logic phân tử nhanh nhất được báo cáo.

Chiechi cho biết: “Đây là một mạch logic thô sơ bằng chứng khái niệm dựa trên cả điốt và điện trở. “Ở đây chúng tôi đã chứng minh rằng bạn có thể xây dựng các mạch tích hợp, mạnh mẽ hoạt động ở tần số cao với protein.

“Về mặt tiện ích trước mắt, các mạch dựa trên protein này có thể dẫn đến sự phát triển của các thiết bị điện tử nâng cao, thay thế và / hoặc mở rộng chức năng của chất bán dẫn cổ điển.”

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications . Đồng tác giả Chiechi và Qiu trước đây làm việc tại Đại học Groningen, Hà Lan.

Tham khảo: “Các mạch logic có thể in bao gồm các phức hợp protein tự lắp ráp” của Xinkai Qiu và Ryan C. Chiechi, 28 tháng 4 năm 2022, Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-022-30038-8

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.