Российские учёные из Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники», Сколковского института науки и технологий и Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН создали материал на основе углеродной нанотрубки и флуоресцентного белка, который может стать основой для светочувствительной молекулярной электроники. Такие устройства смогут обрабатывать большие объёмы информации быстрее, чем уже существующие электронные аналоги. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда. Результаты исследования, поддержанного фондом (№19-19-00401 и №20-73-10256), опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.
В разрабатываемых сегодня оптоэлектронных устройствах движением электронов управляют световые импульсы. За счёт этого может производиться обработка и запись информации. Устройства, созданные по такому принципу, будут превосходить по скорости и производительности традиционные компьютеры, а также позволят повысить эффективность работы бытовой, промышленной и медицинской электроники и усовершенствовать системы беспроводной связи.
Инновационный компонент, разработанный авторами исследования, объединяет в себе органический материал — молекулы красного флуоресцентного белка — и нанотрубку из классического полупроводника — углерода. Флуоресцентный белок был выбран из-за способности его молекул под действием света генерировать электроны, которые и вызывают собственное свечение белка в другом диапазоне длин волн. Однако если белок соединить с проводящей нанотрубкой, то возбуждённые электроны из белка могут внести вклад в электрический ток в углеродных нанотрубках.
Учёные определили, как полученное устройство реагирует на световые волны разной длины. Эксперименты показали, что освещение системы всеми спектрами, кроме жёлтого и фиолетового, приводит к резкому увеличению тока в углеродной нанотрубке и улучшению её проводящих свойств.
И напротив, жёлтый и фиолетовый спектры спровоцировали плавное снижение электрического тока в устройстве. Соответственно, проводимость (фотоотклик) элемента в этом диапазоне длин волн оказалась отрицательной.
Опыты показали, что элемент воспринимает свет разных длин волн по-разному. Это можно использовать в управляемых светом устройствах для передачи и хранения информации.
Модель полевого транзистора на основе одиночной углеродной нанотрубки с пришитыми флуоресцентными белками. Источник: Kudriavtseva et al. / Advanced Electronic Materials, 2024
«На данный момент системы, состоящие как из электронных элементов, так и из биологических объектов (таких как флуоресцентные белки), с точки зрения экологичности и низкой цены представляют особый интерес. Поэтому нашу разработку можно будет использовать для устройств молекулярной электроники, светоизлучающих диодов и оптических транзисторов. Преимущество инженерных белков заключается в возможности генетически запрограммировать их на чувствительность к конкретной длине волны в диапазоне видимого спектра», — пояснил RT доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института интегральной электроники имени академика К.А. Валиева Национального исследовательского университета «МИЭТ» Иван Бобринецкий.
