DNA中熱驅動的有自旋電流？

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】一個引起廣泛興趣的新興領域，即自旋熱電子學，是自旋電子學的一個分支，它探索了熱流如何傳輸電子自旋。自旋熱量學研究人員特別關心如何利用廢熱為下一代自旋電子器件提供動力。其中一些潛在的設備包括需要接近無電的超高速計算機，以及將藥物輸送至細胞的磁性納米粒子。自旋熱量的熱驅動運輸應用基於塞貝克效應。在這種現象中，鐵磁體（FM）和非磁性金屬（NM）之間的溫差產生熱電電壓，並且在兩種材料的接合處將熱量直接轉換成電力。最近，中國礦業大學的研究人員在理論上揭示了雙鏈DNA（dsDNA）分子熱運輸的基本方面。研究人員在「應用物理雜誌」上報告了他們的發現。

（a）夾在非磁性金屬（NM）和鐵磁體（FM）之間的dsDNA的幾何形狀。（b）右手dsDNA的示意圖。（c）底部的投影具有鹼基對和電場進入xy平面。圖片版權：Long Bai

中國大學研究員，該論文的共同作者Long Bai說：我們研究的結果為開發基於雙鏈DNA和其他有機分子的新功能熱電器件創造了可能性。已知DNA作為導體或半導體行為，並且已經有將DNA分子摻入自旋電子器件的大量研究。但是，直到現在，研究人員還沒有探索熱偏置如何控制dsDNA分子中的自旋電流。通過採用非平衡格林函數方法，研究人員在不同溫度下研究了通過夾在FM鉛和NM鉛之間的dsDNA分子引起的熱誘導自旋塞貝克傳輸。他們發現他們的基於dsDNA的理論器件可以充當自旋（充電）-Seebeck二極體，開關或晶體管。發現由溫度偏置驅動的自旋（電荷）-Seebeck電流表現出顯著的整流行為，因此獲得了自旋（充電）-Seebeck二極體。

研究人員將注意力集中在雙鏈DNA中固有的手性特徵上，該特徵充當過濾器以實現自旋選擇。當物體的鏡像不可疊加時，手征就會發生，例如手和腳。DNA的扭曲雙螺旋結構具有手性。隨著溫度梯度將電子從較熱的鐵磁材料驅動到較冷的有色金屬，這種DNA結構使電子沿一個方向排列。雙鏈DNA中兩條鏈的不對稱可以引起更大的自旋極化運輸，但是這並不意味著這種不對稱性會讓旋轉以某種方式進行。研究人員發現，dsDNA spin-Seebeck模型中螺旋角度的不斷增加可能會導致分子的兩條鏈接近對齊狀態，降低手性並削弱自旋（電荷） - 塞貝克效應。值得注意的是在門極電壓方面可以實現零充電電流的純自旋電流，這代表了完美的自旋塞貝克效應。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Journal of Applied Physics

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國物理聯合會

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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