在實(shí)現(xiàn)低功耗電子設(shè)備方面，自旋電子學(xué)看起來很有前途。自旋是電子的量子力學(xué)特性，當(dāng)電子繞自己的軸旋轉(zhuǎn)時，可以最好地將其想象成電子，使它們像小羅盤針一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。電子自旋電流可用于電子設(shè)備。但是，要產(chǎn)生合適的自旋電流，需要一個相對較大的磁鐵。已經(jīng)提出了使用特殊類型分子的替代方法，但最大的問題是：它是否有效?格羅寧根大學(xué)博士 學(xué)生徐陽構(gòu)建了一個理論模型，描述了如何將這種新方法用于測試。

旋轉(zhuǎn)可以有兩個方向，通常指定為“向上”和“向下”。在正常的電子電流中，兩個自旋方向的數(shù)量相等，但如果要使用自旋來傳遞信息，則需要一個方向的余量。這通常通過將電子通過鐵磁體注入自旋電子器件來完成，這將有利于一種旋轉(zhuǎn)的通過。“但與其他組件相比，鐵磁體體積龐大，”楊說。

脫氧核糖核酸

這就是為什么2011年在“科學(xué)”雜志上發(fā)表的突破正引起越來越多的關(guān)注。“這篇論文描述了如何通過單層DNA雙螺旋傳遞電流將有利于一種旋轉(zhuǎn)。” DNA分子是手性的，這意味著它們可以以兩種形式存在，這兩種形式是彼此的鏡像 - 如左手和右手。這種現(xiàn)象被稱為手性誘導(dǎo)旋轉(zhuǎn)選擇性(CISS)，并且在過去幾年中，發(fā)表了幾個實(shí)驗(yàn)，據(jù)稱這些實(shí)驗(yàn)顯示了這種CISS效應(yīng)，即使在電子設(shè)備中也是如此。

“但我們并不那么確定，”楊解釋說。一種類型的實(shí)驗(yàn)使用單層DNA片段，而另一種使用原子力顯微鏡測量通過單分子的電流。在實(shí)驗(yàn)中使用不同的手性螺旋。“解釋為什么這些分子有利于其中一個旋轉(zhuǎn)的模型做了很多假設(shè)，例如分子的形狀和電子的路徑。”

電路

因此，Yang開始創(chuàng)建一個通用模型，該模型可以描述在線性狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)將如何通過不同的電路(即電子設(shè)備運(yùn)行的方式)。“這些模型基于通用規(guī)則，與分子類型無關(guān)”，楊解釋說。一個這樣的規(guī)則是電荷守恒，它指出進(jìn)入電路的每個電子最終應(yīng)該離開它。第二個規(guī)則是互易性，它規(guī)定如果你交換電路中電壓和電流觸點(diǎn)的作用，信號應(yīng)該保持不變。

接下來，Yang描述了這些規(guī)則如何影響不同組件中自旋的傳輸和反射，例如，兩個觸點(diǎn)之間的手性分子和鐵磁體。通用規(guī)則使他能夠計算這些組件中的旋轉(zhuǎn)發(fā)生了什么。然后，他使用這些組件來模擬更復(fù)雜的電路。這使他能夠計算出如果手性分子顯示出CISS效應(yīng)會發(fā)生什么，以及如果不這樣做會有什么期望。

使人信服

當(dāng)他模擬迄今為止發(fā)表的CISS實(shí)驗(yàn)時，楊發(fā)現(xiàn)有些實(shí)際上是不確定的。'這些實(shí)驗(yàn)不夠令人信服。它們在有和沒有CISS的分子之間沒有顯示出差異，至少在電子設(shè)備的線性狀態(tài)下沒有。此外，任何只使用兩個觸點(diǎn)的設(shè)備都無法證明CISS的存在。好消息是，Yang設(shè)計了具有四個觸點(diǎn)的電路，這將使科學(xué)家能夠檢測電子設(shè)備中的CISS效應(yīng)。“我目前正在開發(fā)這樣一個電路，但由于它是由分子構(gòu)建模塊構(gòu)成的，因此這是一個非常大的挑戰(zhàn)。”

通過現(xiàn)在發(fā)布他的模型，楊希望更多的科學(xué)家將開始構(gòu)建他提出的電路，并最終能夠證明電子設(shè)備中存在CISS。“這將對社會做出巨大貢獻(xiàn)，因?yàn)樗赡転殡娮赢a(chǎn)品的未來提供一種全新的方法。”