В ДНК ученые находят решение для создания сверхпроводника, работающего при комнатной температуре
Ученые использовали ДНК, чтобы преодолеть почти непреодолимое препятствие на пути создания материалов, которые произвели бы революцию в электронике.
Одним из возможных результатов таких инженерных материалов могут быть сверхпроводники, которые имеют нулевое электрическое сопротивление, что позволяет электронам течь беспрепятственно. Это означает, что они не теряют энергию и не выделяют тепло, в отличие от современных средств передачи электроэнергии.
Разработка сверхпроводника, который можно было бы широко использовать при комнатной температуре, а не при экстремально высоких или низких температурах , как это возможно сейчас, могла бы привести к сверхбыстрым компьютерам, уменьшить размеры электронных устройств, резко сократить потребление энергии и тд.
Один такой сверхпроводник был впервые предложен более 50 лет назад физиком Уильямом Литтлом. Ученые потратили десятилетия, пытаясь заставить его работать, но даже после проверки осуществимости его идеи они столкнулись с проблемой, которую казалось невозможно решить. До нынешнего момента.
Инженерия на атомном уровне
Один из возможных способов реализовать идею Литтла о сверхпроводнике — модифицировать решетки углеродных нанотрубок, полых цилиндров из углерода, настолько крошечных, что их размеры должны составлять нанометры — миллиардные доли метра. Но перед ними стояла огромная задача: контролировать химические реакции вдоль нанотрубок, чтобы решетка могла быть собрана настолько точно, насколько это необходимо, и функционировала должным образом.
Ученые нашли ответ в строительных кирпичиках жизни. Они взяли ДНК, генетический материал, который сообщает живым клеткам, как действовать, и использовали его для управления химической реакцией, которая должна была преодолеть большой барьер на пути к сверхпроводнику Литтла.
Уильям Артур Литтл (родился 17 ноября 1930 года в Аделаиде (ЮАР) ) — американский физик-экспериментатор твердого тела. Литтл получил докторскую степень в 1955 году в Университете Родса в Южной Африке. С 1956 по 1958 год он был членом Национального исследовательского совета Канады в Университете Британской Колумбии. В 1958 году он стал доцентом, а с 1965 года до выхода на пенсию в 1994 году — профессором Стэнфордского университета. Он занимался физикой низких температур и сверхпроводимостью (органические сверхпроводники, керамические высокотемпературные сверхпроводники ), магнитным резонансом, органической флуоресценцией, фазовыми переходами, химической физикой и теорией нейронных сетей. Эффект Литтла — Паркса назван в честь него и его аспиранта Роланда Паркса.
То есть они использовали химию для выполнения удивительно точной структурной инженерии — строительства на уровне отдельных молекул. В результате получилась решетка из углеродных нанотрубок, собранная по мере необходимости для сверхпроводника Литтла при комнатной температуре.
«Эта работа демонстрирует, что упорядоченная модификация углеродных нанотрубок может быть достигнута за счет использования контроля последовательности ДНК над расстоянием между соседними реакционными участками», — говорят исследователи.
Решетка, которую они построили, пока не тестировалась на сверхпроводимость, но она предлагает доказательство принципа и имеет большой потенциал в будущем, говорят ученые.
Подход к построению решетки, основанный на ДНК, может найти широкое применение в исследованиях, особенно в физике. Но он также подтверждает возможность создания сверхпроводника Литтла при комнатной температуре. Работа ученых в сочетании с другими достижениями последних лет в области сверхпроводников может в конечном итоге изменить технологию, какой мы ее знаем.
«Хотя мы часто думаем о биологии, используя инструменты и методы из физики, наша работа показывает, что подходы, разрабатываемые в биологии, действительно могут быть применены к проблемам физики и техники», — сказал Эдвард Эгельман, автор исследования.
«Вот что так интересно в науке: невозможность предсказать, куда приведет наша работа».
Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Science.