北卡罗来纳州立大学的Tracey Peake PCBA和PCBA PSI自组装膜电荷传输特性的表征
a)云母/PCBA//PSI//EGaIn结示意图
b)金云母/PCBA//金结和金云母/PCBA//PSI//金结的log|J|对电势的曲线图
c)奥米加/PCBA//伊根结和奥米加/PCBA//PSI//伊根结的logR与电势的关系图
d)云母/PCBA//PSI//AuAFM结示意图
e)金云母/PCBA//AuAFM结和金云母/PCBA//PSI//AuAFM结的log|I|对电势的曲线图
f)云母/PCBA//AuAFM结和云母/PCBA//PSI//AuAFM结的logR对电势的曲线图
误差线代表95%的置信区间
分子图与它们的实际大小不一致
鸣谢:自然通讯(2022)
多伊:10
1038/s41467-022-30038-8 在一项概念验证研究中，研究人员创造了自我组装、基于蛋白质的电路，可以执行简单的逻辑功能
这项工作表明，利用电子在量子尺度上的特性，创造稳定的数字电路是可能的
创建分子电路的绊脚石之一是，随着电路尺寸的减小，电路变得不可靠
这是因为在量子尺度上，产生电流所需的电子表现得像波，而不是粒子
例如，在两条相距一纳米的导线的电路中，电子可以在两条导线之间“隧穿”,并有效地同时出现在两个地方，这使得控制电流的方向变得困难
分子电路可以缓解这些问题，但单分子结寿命短或产量低，因为在这种规模下制造电极存在挑战
“我们的目标是尝试并创造一种分子电路，利用隧道效应为我们服务，而不是与之对抗，”北卡罗来纳州立大学化学系副教授Ryan Chiechi说，他也是描述这项工作的论文的通讯作者之一
Chiechi和合著者剑桥大学的Xinkai Qiu首先将两种不同类型的富勒烯笼放置在图案化的金基底上，从而构建了这种电路
然后，他们将该结构浸入光系统一(PSI)的溶液中，这是一种常用的叶绿素蛋白复合物
不同的富勒烯诱导PSI蛋白质在表面上以特定的方向自组装，一旦镓-铟液态金属共晶EGaIn的顶部接触被印刷在顶部，就产生了二极管和电阻器
这个过程既解决了单分子结的缺点，又保留了分子的电子功能
“当我们想要电阻器时，我们在PSI自组装的电极上形成一种富勒烯的图案，当我们想要二极管时，我们形成另一种富勒烯的图案，”Chiechi说
“定向PSI整流电流——这意味着它只允许电子向一个方向流动
通过控制PSI集合中的净取向，我们可以控制电荷如何流过它们
" 研究人员将自组装蛋白质组合与人造电极相结合，并制作了简单的逻辑电路，利用电子隧道行为来调节电流
“这些蛋白质散射电子波函数，以尚未完全了解的方式调节隧道效应，”Chiechi说
“结果是，尽管只有10纳米厚，这种电路在量子水平上起作用，工作在隧道区域
而且因为我们用的是一组分子，而不是单个分子，所以结构是稳定的
我们实际上可以在这些电路上印刷电极，并建造设备
" 研究人员从这些电路中创造了简单的基于二极管的AND/OR逻辑门，并将它们集成到脉冲调制器中，脉冲调制器可以通过根据另一个输入的电压打开或关闭一个输入信号来编码信息
基于PSI的逻辑电路能够切换3
3 kHz输入信号——虽然在速度上无法与现代逻辑电路相提并论，但仍是目前报道的最快的分子逻辑电路之一
“这是一个概念验证的基本逻辑电路，依赖于二极管和电阻，”Chiechi说
“我们已经在这里展示了，你可以建立一个强大的集成电路，在高频率下与蛋白质一起工作
“就直接效用而言，这些基于蛋白质的电路可能会导致电子设备的发展，从而增强、取代和/或扩展经典半导体的功能
" 这项研究发表在《自然通讯》上
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