DNA中热驱动的有自旋电流？

【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】一个引起广泛兴趣的新兴领域，即自旋热电子学，是自旋电子学的一个分支，它探索了热流如何传输电子自旋。自旋热量学研究人员特别关心如何利用废热为下一代自旋电子器件提供动力。其中一些潜在的设备包括需要接近无电的超高速计算机，以及将药物输送至细胞的磁性纳米粒子。自旋热量的热驱动运输应用基于塞贝克效应。在这种现象中，铁磁体（FM）和非磁性金属（NM）之间的温差产生热电电压，并且在两种材料的接合处将热量直接转换成电力。最近，中国矿业大学的研究人员在理论上揭示了双链DNA（dsDNA）分子热运输的基本方面。研究人员在“应用物理杂志”上报告了他们的发现。

（a）夹在非磁性金属（NM）和铁磁体（FM）之间的dsDNA的几何形状。（b）右手dsDNA的示意图。（c）底部的投影具有碱基对和电场进入xy平面。图片版权：Long Bai

中国大学研究员，该论文的共同作者Long Bai说：我们研究的结果为开发基于双链DNA和其他有机分子的新功能热电器件创造了可能性。已知DNA作为导体或半导体行为，并且已经有将DNA分子掺入自旋电子器件的大量研究。但是，直到现在，研究人员还没有探索热偏置如何控制dsDNA分子中的自旋电流。通过采用非平衡格林函数方法，研究人员在不同温度下研究了通过夹在FM铅和NM铅之间的dsDNA分子引起的热诱导自旋塞贝克传输。他们发现他们的基于dsDNA的理论器件可以充当自旋（充电）-Seebeck二极管，开关或晶体管。发现由温度偏置驱动的自旋（电荷）-Seebeck电流表现出显著的整流行为，因此获得了自旋（充电）-Seebeck二极管。

研究人员将注意力集中在双链DNA中固有的手性特征上，该特征充当过滤器以实现自旋选择。当物体的镜像不可叠加时，手征就会发生，例如手和脚。DNA的扭曲双螺旋结构具有手性。随着温度梯度将电子从较热的铁磁材料驱动到较冷的有色金属，这种DNA结构使电子沿一个方向排列。双链DNA中两条链的不对称可以引起更大的自旋极化运输，但是这并不意味着这种不对称性会让旋转以某种方式进行。研究人员发现，dsDNA spin-Seebeck模型中螺旋角度的不断增加可能会导致分子的两条链接近对齐状态，降低手性并削弱自旋（电荷） - 塞贝克效应。值得注意的是在门极电压方面可以实现零充电电流的纯自旋电流，这代表了完美的自旋塞贝克效应。

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参考：Journal of Applied Physics

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：美国物理联合会

编译：光量子

审校：博科园

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