Международная команда ученых разработала платформу для создания трехмерных наноструктур на основе самособирающейся ДНК. Для прочности конструкции ДНК покрывались диоксидом кремния, дальнейшее нанесение сверхпроводящего материала позволило создать трехмерный наноструктурированный материал. Подобные структуры могут быть использованы при создании квантовых вычислительных устройств, датчиков, а также в медицине.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Трехмерные наноструктурированные материалы проводят электричество практически без сопротивления, поэтому могут быть использованы при создании квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков, а также для медицинской визуализации и картирования. Традиционные способы производства были ограничены одномерными и двумерными наноструктурами, такими как провода или тонкие пленки.

Теперь ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории, Колумбийского университета и Университета Бар-Илан разработали платформу для создания трехмерных сверхпроводящих наноструктур. Платформа основана на самосборке ДНК, при которой одна длинная цепочка ДНК складывается подобно оригами.

«Хрупкость ДНК делает ее непригодной для изготовления функциональных устройств и нанопроизводства, требующего неорганических материалов. В этом исследовании мы показали, как ДНК может служить каркасом для создания трехмерных структур, которые могут быть полностью преобразованы в неорганические материалы, в том числе сверхпроводники», — рассказал один из авторов исследования Олег Гэнг.

Для изготовления каркаса ученые разработали восьмигранные рамки ДНК-оригами, которые собирались в решетки. Затем ДНК покрывалась диоксидом кремния, который укрепил конструкции. Эта технология аналогична традиционному нанопроизводству, при котором материалы наносятся на плоские, обычно кремниевые, подложки.

После этого исследователи покрыли образцы сверхпроводником ниобием. Измерения обнаружили появление эффекта Джозефсона — сверхпроводящий ток проходил через тонкий слой диэлектрика между двумя слоями ниобия. Таким образом, на основе ДНК-оригами были созданы трехмерные сверхпроводящие наноструктуры, что имеет огромное значение для развития зондирования, оптики и квантовых вычислений. Этот способ преобразования материала дает возможность создавать не только системы со сверхпроводимостью, но и с другими электронными, механическими, оптическими и каталитическими свойствами.