理論模型可能有助于解決分子之謎

在實現低功耗電子設備方面，自旋電子學看起來很有前途。自旋是電子的量子力學特性，當電子繞自己的軸旋轉時，可以最好地將其想象成電子，使它們像小羅盤針一樣運轉。電子自旋電流可用于電子設備。但是，要產生合適的自旋電流，需要一個相對較大的磁鐵。已經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?格羅寧根大學博士 學生徐陽構建了一個理論模型，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”雜志上發表的突破正引起越來越多的關注。“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。” 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。這種現象被稱為手性誘導旋轉選擇性(CISS)，并且在過去幾年中，發表了幾個實驗，據稱這些實驗顯示了這種CISS效應，即使在電子設備中也是如此。

“但我們并不那么確定，”楊解釋說。一種類型的實驗使用單層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。在實驗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的模型做了很多假設，例如分子的形狀和電子的路徑。”

電路

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

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

使人信服

當他模擬迄今為止發表的CISS實驗時，楊發現有些實際上是不確定的。'這些實驗不夠令人信服。它們在有和沒有CISS的分子之間沒有顯示出差異，至少在電子設備的線性狀態下沒有。此外，任何只使用兩個觸點的設備都無法證明CISS的存在。好消息是，Yang設計了具有四個觸點的電路，這將使科學家能夠檢測電子設備中的CISS效應。“我目前正在開發這樣一個電路，但由于它是由分子構建模塊構成的，因此這是一個非常大的挑戰。”

通過現在發布他的模型，楊希望更多的科學家將開始構建他提出的電路，并最終能夠證明電子設備中存在CISS。“這將對社會做出巨大貢獻，因為它可能為電子產品的未來提供一種全新的方法。”