Физики из Вестфальского университета им. Вильгельма (Германия) и Института им. Вейцмана (Израиль) обнаружили, что ДНК можно использовать для сортировки электронов по спину.

Поляризованные по спину токи используются в устройствах спинтроники — относительно нового раздела электроники, в котором спин рассматривается как активный элемент хранения и передачи информации. Чаще всего такие токи получают с помощью фильтров, работающих на эффекте гигантского магнитосопротивления и — теоретически — пропускающих электроны только с одним направлением спина. Основой фильтров служат плёнки с чередующимися ферромагнитными и немагнитными слоями.

В реальности токи, конечно, не бывают абсолютно чистыми и всегда содержат некоторый процент электронов с «неправильным» направлением спина. Новая методика также даёт только 60-процентную поляризацию при комнатной температуре.

Рис. 1. Схема эксперимента (иллюстрация Ron Naaman).

Перед началом эксперимента авторы закрепили двухцепочечную ДНК на золотой подложке, создав плотный массив расположенных вертикально нитей. Затем на подложку направили излучение лазера, чтобы высвободить фотоэлектроны, которые проходили сквозь ДНК-фильтр на прибор для измерения поляризации. Последний и зафиксировал 60-процентный результат при использовании нитей ДНК длиной в 80 пар оснований; если цепочки сократить до 25 пар оснований, эффективность упадёт до 10%. На характеристики фильтра также влияет плотность расположения нитей: если зазоры сделать слишком большими, работать он не будет.

Теоретическое описание действия фильтра авторы пока не составили, ограничившись предположениями о том, что главную роль здесь играет хиральность двойной спирали ДНК. Действительно, в выполненных ранее опытах прохождение электронов сквозь «облако» хиральных молекул связывали с поляризацией по спину, но эффект был менее заметным.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

B. Göhler, V. Hamelbeck, T. Z. Markus, M. Kettner, G. F. Hanne, Z. Vager, R. Naaman and H. Zacharias Spin Selectivity in Electron Transmission Through Self-Assembled Monolayers of Double-Stranded DNA. – Science. – 2011. – Vol. 331 no. 6019 pp. 894–897; DOI: 10.1126/science.1199339.