La nature a inspiré des générations de personnes, offrant une pléthore de matériaux différents pour les innovations. L'un de ces matériaux est la molécule du patrimoine, ou ADN, grâce à ses propriétés uniques d'auto-assemblage. Des chercheurs du Nanoscience Center (NSC) de l'Université de Jyväskylä et de BioMediTech (BMT) de l'Université de Tampere ont maintenant démontré une méthode pour fabriquer des appareils électroniques en utilisant l'ADN. L'ADN lui-même n'a aucune part dans la fonction électrique, mais agit comme un échafaudage pour former un linéaire, nanostructure en forme de collier de perles constituée de trois nanoparticules d'or.

La nature de la conduction électrique dans les matériaux à l'échelle nanométrique peut être très différente de celle des matériaux normaux, structures métalliques à grande échelle, qui ont d'innombrables électrons libres formant le courant, rendant ainsi tout effet par un seul électron négligeable. Cependant, même l'ajout d'un seul électron dans un morceau de métal à l'échelle nanométrique peut augmenter suffisamment son énergie pour empêcher la conduction. Ce type d'ajout d'électrons se produit généralement via un effet de mécanique quantique appelé tunnellisation, où les électrons traversent une barrière énergétique. Dans cette étude, les électrons tunnelisés depuis l'électrode connectée à une source de tension, à la première nanoparticule et ensuite à la prochaine particule et ainsi de suite, à travers les écarts entre eux.

"De tels dispositifs à un seul électron ont été fabriqués à l'échelle de dizaines de nanomètres en utilisant des méthodes conventionnelles de micro- et nanofabrication depuis plus de deux décennies, ", déclare le maître de conférences Jussi Toppari du NSC. Toppari a déjà étudié ces structures dans son travail de doctorat.

"La faiblesse de ces structures a été les températures cryogéniques nécessaires à leur fonctionnement. Habituellement, la température de fonctionnement de ces appareils augmente à mesure que la taille des composants diminue. Notre objectif ultime est de faire fonctionner les appareils à température ambiante, ce qui n'est guère possible pour les méthodes de nanofabrication conventionnelles - il faut donc trouver de nouveaux sites."

La nanotechnologie moderne fournit des outils pour fabriquer des nanoparticules métalliques de quelques nanomètres seulement. Les dispositifs monoélectroniques fabriqués à partir de ces nanoparticules métalliques pourraient fonctionner jusqu'à la température ambiante. Le NSC a une longue expérience dans la fabrication de telles nanoparticules.

« Après fabrication, les nanoparticules flottent dans une solution aqueuse et doivent être organisées sous la forme souhaitée et connectées aux circuits auxiliaires, " explique le chercheur Kosti Tapio. " L'auto-assemblage basé sur l'ADN ainsi que sa capacité à être lié à des nanoparticules offrent une boîte à outils très appropriée à cet effet. "

Les nanoparticules d'or sont fixées directement dans la solution aqueuse sur une structure d'ADN conçue et préalablement testée par les groupes impliqués. L'ensemble du processus est basé sur l'auto-assemblage de l'ADN, et donne d'innombrables structures dans un seul patch. Les structures prêtes sont en outre piégées pour les mesures par des champs électriques.

"Les propriétés supérieures d'auto-assemblage de l'ADN, avec ses techniques de fabrication et de modification matures, offrir une grande variété de possibilités, " déclare le professeur agrégé Vesa Hytönen.

Les mesures électriques effectuées dans cette étude ont démontré pour la première fois que ces méthodes de fabrication évolutives basées sur l'auto-assemblage d'ADN peuvent être utilisées efficacement pour fabriquer des dispositifs à un seul électron qui fonctionnent à température ambiante.

La recherche s'appuie sur une collaboration multidisciplinaire à long terme entre les groupes de recherche impliqués. En plus des personnes ci-dessus, Dr Jenni Leppiniemi (BMT), Boxuan Shen (NSC), et Dr Wolfgang Fritzsche (IPHT, Iéna, Allemagne) ont contribué à la recherche. L'étude a été publiée le 13 octobre 2016 dans Lettres nano . Le financement des voyages en collaboration a été obtenu du DAAD en Allemagne.