Circuits logiques auto-assemblés à base de protéines
Circuits logiques auto-assemblés à base de protéines. Les chercheurs ont développé des circuits à base de protéines auto-assemblés qui peuvent effectuer des fonctions logiques simples dans la recherche de preuve de concept. Les travaux favorisés qu’il est possible de développer des circuits numériques stables qui bénéficient des propriétés d’un électron à des échelles quantiques.
Circuits moléculaires
L’une des pierres d’achoppement dans le développement de circuits moléculaires est que les circuits deviennent peu fiables à mesure que la taille du circuit diminue. Les électrons nécessaires pour créer le courant requis comme des ondes, et non comme des particules, à l ‘échelle quantique. Sur un circuit avec deux fils distants d’un nanomètre, l’électron peut se « tunneliser » entre les deux fils et se trouver efficacement aux deux endroits simultanément, ce qui rend difficile le contrôle de la direction du courant. Les circuits moléculaires peuvent minimiser ces problèmes. Mais, les jonctions à une seule molécule sont de courte durée ou à faible rendement en raison des difficultés associées à la fabrication d’électrodes à cette échelle.
« Notre objectif était d’essayer de créer un circuit moléculaire qui utilise le tunneling à notre avantage, au lieu de lutter contre lui », déclare Ryan Chiechi, professeur agrégé de chimie à la North Carolina State University et co-auteur correspondant d’un article expliquant le travail.
Chiechi et l’auteur co-correspondant Xinkai Qiu de l’Université de Cambridge ont intégré les circuits en plaçant d’abord deux types de cages de fullerène sur des substrats d’or formés. Ensuite, ils ont immergé la structure dans une solution de photosystème un (PSI), un complexe protéique de chlorophylle couramment utilisé.
L’auto-assemblage des protéines PSI
Les différents fullerènes ont provoqué l’auto-assemblage des protéines PSI à la surface dans certaines orientations, produit des diodes et des résistances dès que les contacts supérieurs de l’eutectique de métal éliminent le gallium indium, EGaIn, sont imprimés sur le dessus. Ce processus traite de même les inconvénients des jonctions à une seule molécule et protège la fonction moléculaire-électronique.
« Là où nous voulions des résistances, nous avons modélisé une sorte de fullerène sur les électrodes sur lesquelles le PSI s’auto-assemble. Et, là où nous désirions des diodes, nous avons modélisé une autre sorte ». Affirme Chiechi. “Le PSI orienté remède au courant. Ce qui signifie qu’il ne permet aux électrons de circulaire que dans une seule direction. En contrôlant l’orientation nette dans des ensembles de PSI, nous pouvons déterminer à quel point la charge circule à travers eux .
Circuits logiques auto-assemblés à base de protéines: Développement de circuits
Les scientifiques ont combiné les ensembles de protéines auto-assemblées avec des électrodes fabriquées par l’homme et ont créé des circuits logiques simples qui utilisent le comportement de tunnel électronique pour moduler le courant.
“Ces protéines propagent la fonction d’onde électronique, modérant l’effet tunnel d’une manière qui ne se comprend pas encore entièrement “. Déclare Chiechi. « Le résultat est que malgré une épaisseur de 10 nanomètres, ce circuit fonctionne au niveau quantique, fonctionne dans un régime tunnel. De plus, parce que nous utilisons une équipe de molécules au lieu de molécules uniques, la structure est stable. Nous pouvons imprimer des électrodes sur ces circuits et construire des dispositifs. »
Les chercheurs ont développé des portes logiques simples ET/OU à base de diodes à partir de ces circuits. Ils les ont inclus dans des modulateurs d’impulsions, qui peuvent coder des informations en activant ou désactivant un signal d’entrée, en fonction de la tension d’une autre entrée. Les circuits logiques établis sur PSI commuteraient un signal d’entrée de 3,3 kHz. Qui, bien que n’étant pas similaire en vitesse aux circuits logiques modernes, est toujours l’un des circuits logiques moléculaires les plus rapides signalés à ce jour .
« Il s’agit donc d’un circuit logique rudimentaire de preuve de concept qui dépend de diodes et de résistances », explique Chiechi. « Nous avons montré ici que vous pouvez construire des circuits intégrés durables qui fonctionnent à haute fréquence avec des protéines.
« En termes d’utilité immédiate, ces circuits à base de protéines conduiraient au développement de dispositifs électroniques qui supplantent et/ou étendent la fonctionnalité des semi-conducteurs classiques ».
La recherche apparaît dans Nature Communications. Les co-auteurs Chiechi et Qiu étaient auparavant à l’Université de Groningen, aux Pays-Bas.
Lire l’article original sur Science Daily.
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