محققان دانشگاه علم و صنعت ایران در یک طرح تحقیقاتی به بررسی امکان استفاده از رشته‌های دی ان ای در طراحی قطعات اسپینی پرداختند.
دانشگاه علم و صنعت ایران: استفاده از رشته‌های دی ان ای در طراحی قطعات نانواسپینی
در قطعات الکترونیک معمولی، از بار الکترون‌ها، بر اساس اصل بقای بار استفاده می‌شود اما در علم اسپینترونیک این اسپین الکترون‌هاست که در ساخت قطعات مورد توجه است. دانشمندان تلاش می‌کنند تا با تنظیم شرایط آزمایش و بهره‌گیری از عوامل خارجی مانند میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و یا استفاده از الکترودهای مغناطیسی شرایطی را فراهم آورند که الکترون‌ها تنها با یکی از دو اسپین بالا یا پایین از قطعه عبور کرده و عملاً جریان اسپینی خالص ایجاد گردد. زمانی که از مولکول‌ها برای طراحی و ساخت این ادوات استفاده می‌شود، این شاخه از فناوری، اسپنترونیک مولکولی نامیده می‌شود.
در این طرح تلاش شده تا با استفاده از مولکول دی ان ای (DNA) و اجزا‌ی تشکیل دهنده‌ی آن قطعاتی طراحی شود که بر اساس اسپینترونیک مولکولی کار می‌کنند. در مطالعات گذشته نشان داده شده که دی ان ای دارای خاصیت ابررسانایی، فلزی، نیمه رسانایی و عایقی است. تحقیقات جدید نیز حاکی از این است که این ماده می‌تواند همانند یک ترانزیستور اثر میدان اسپینی، یکسو کننده‌ی اسپینی و دیود ایساکی(Esaki) اسپینی عمل نماید.
از آنجایی که برای تغییر جهت اسپین توان بالایی مصرف نمی‌شود، جایگزینی بار الکترون با اسپین می‌تواند راه حل مناسبی برای رفع مشکل افزایش توان با کاهش ابعاد در ادوات نانوالکترونیکی باشد. همچنین انتظار می‌رود ظرفیت ذخیره‌سازی حافظه‌های اسپینی بسیار بالاتر از حافظه‌های معمولی باشد که بر اساس اصل بقای بار الکترون‌ها کار می‌کنند.
در صورت تحقق فرایند ساخت این قطعات، نتایج این طرح می‌تواند سنگ بنای فناوری ساخت قطعات اسپینی بر پایه دی ان ای شده و زمینه‌ی توسعه‌ی نانوالکترونیک غیر سنتی بر پایه‌ی اسپینترونیک مولکولی را فراهم آورد. از طرفی با توجه به سازگاری دی ان ای با بدن انسان این قطعه همچنین می‌تواند از نظر بیوالکترونیکی نیز حائز اهمیت باشد.
دکترحمید رضا سیم چی، در توضیح بررسی‌های صورت گرفته در این کار تحقیقاتی عنوان کرد: «با اتصال دی ان ای دو رشته‌ای(Double Stranded DNA) به الکترودهای مغناطیسی و غیر مغناطیسی نشان دادیم که جریان اسپینی تابع نوع و جنس ماده است. همچنین با اعمال ولتاژ بایاس و گیت متناوب به قطعه مشخص شد که این قطعه نه تنها به صورت یک یکسو کننده‌ی اسپینی عمل می‌کند، بلکه می‌تواند بصورت یک ترانزیستور اثر میدان اسپینی عمل نماید. لذا از نقطه نظر تئوری می‌توان گیت‌های منطقی را با استفاده از آن طراحی نمود.»
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Applied Physics (جلد ۱۱۳، سال ۲۰۱۳، صفحات ۱-۰۵۴۷۰۱ تا ۴-۰۵۴۷۰۱) منتشر شده است. این کار حاصل همکاری دکتر حمید رضا سیم چی، دکتر مهدی اسماعیل زاده- عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران– و حسین مزیدآبادی فراهانی- دانشجوی مقطع دکتری- است.
در این طرح تلاش شده تا با استفاده از مولکول دی ان ای (DNA) و اجزا‌ی تشکیل دهنده‌ی آن قطعاتی طراحی شود که بر اساس اسپینترونیک مولکولی کار می‌کنند. در مطالعات گذشته نشان داده شده که دی ان ای دارای خاصیت ابررسانایی، فلزی، نیمه رسانایی و عایقی است. تحقیقات جدید نیز حاکی از این است که این ماده می‌تواند همانند یک ترانزیستور اثر میدان اسپینی، یکسو کننده‌ی اسپینی و دیود ایساکی(Esaki) اسپینی عمل نماید.
از آنجایی که برای تغییر جهت اسپین توان بالایی مصرف نمی‌شود، جایگزینی بار الکترون با اسپین می‌تواند راه حل مناسبی برای رفع مشکل افزایش توان با کاهش ابعاد در ادوات نانوالکترونیکی باشد. همچنین انتظار می‌رود ظرفیت ذخیره‌سازی حافظه‌های اسپینی بسیار بالاتر از حافظه‌های معمولی باشد که بر اساس اصل بقای بار الکترون‌ها کار می‌کنند.
در صورت تحقق فرایند ساخت این قطعات، نتایج این طرح می‌تواند سنگ بنای فناوری ساخت قطعات اسپینی بر پایه دی ان ای شده و زمینه‌ی توسعه‌ی نانوالکترونیک غیر سنتی بر پایه‌ی اسپینترونیک مولکولی را فراهم آورد. از طرفی با توجه به سازگاری دی ان ای با بدن انسان این قطعه همچنین می‌تواند از نظر بیوالکترونیکی نیز حائز اهمیت باشد.
دکترحمید رضا سیم چی، در توضیح بررسی‌های صورت گرفته در این کار تحقیقاتی عنوان کرد: «با اتصال دی ان ای دو رشته‌ای(Double Stranded DNA) به الکترودهای مغناطیسی و غیر مغناطیسی نشان دادیم که جریان اسپینی تابع نوع و جنس ماده است. همچنین با اعمال ولتاژ بایاس و گیت متناوب به قطعه مشخص شد که این قطعه نه تنها به صورت یک یکسو کننده‌ی اسپینی عمل می‌کند، بلکه می‌تواند بصورت یک ترانزیستور اثر میدان اسپینی عمل نماید. لذا از نقطه نظر تئوری می‌توان گیت‌های منطقی را با استفاده از آن طراحی نمود.»
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of Applied Physics (جلد ۱۱۳، سال ۲۰۱۳، صفحات ۱-۰۵۴۷۰۱ تا ۴-۰۵۴۷۰۱) منتشر شده است. این کار حاصل همکاری دکتر حمید رضا سیم چی، دکتر مهدی اسماعیل زاده- عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران– و حسین مزیدآبادی فراهانی- دانشجوی مقطع دکتری- است.
