Un campo emergente che ha generato una vasta gamma di interesse, spin caloritronica, è un ramo della spintronica che esplora il modo in cui le correnti di calore trasportano lo spin degli elettroni. I ricercatori di spin caloritronica sono particolarmente interessati a come il calore di scarto potrebbe essere utilizzato per alimentare i dispositivi spintronici di prossima generazione. Alcuni di questi potenziali dispositivi vanno da computer ultraveloci che non necessitano quasi di alimentazione, alle nanoparticelle magnetiche che forniscono farmaci alle cellule.

L'applicazione di trasporto termicamente guidata della spin caloritronica si basa sull'effetto Seebeck. In questo fenomeno, la differenza di temperatura tra un ferromagnete (FM) e un metallo non magnetico (NM) produce una tensione termoelettrica, e converte il calore direttamente in elettricità alla giunzione tra i due materiali.

Recentemente, ricercatori della China University of Mining and Technology hanno teoricamente esposto gli aspetti fondamentali di questo trasporto termico lungo molecole di DNA a doppio filamento (dsDNA). I ricercatori hanno riportato i loro risultati nel Rivista di fisica applicata .

"I risultati della nostra ricerca aprono la possibilità di creare nuovi dispositivi termoelettrici funzionali basati su dsDNA e altre molecole organiche, " disse Long Bai, un ricercatore della China University e coautore del documento.

È noto che il DNA si comporta come un conduttore o un semiconduttore, e ci sono stati numerosi studi sull'incorporazione di molecole di DNA in dispositivi spintronici. Ma, fino ad ora, i ricercatori non hanno esplorato come il bias termico possa controllare la corrente di spin in una molecola di dsDNA.

Utilizzando il metodo della funzione di Green del non equilibrio, i ricercatori hanno studiato il trasporto di spin-Seebeck indotto dal calore attraverso una molecola di dsDNA inserita tra un piombo FM e un piombo NM a varie temperature. Hanno scoperto che il loro dispositivo teorico basato su dsDNA può agire come un diodo spin (carica)-Seebeck, interruttore o transistor.

"Abbiamo scoperto che la corrente di spin (carica)-Seebeck guidata dalla distorsione della temperatura mostra un comportamento di rettifica significativo, e quindi si ottiene un diodo spin(carica)-Seebeck, " ha detto Bai.

I ricercatori si sono concentrati sulla caratteristica di chiralità intrinseca nel dsDNA che funge da filtro per consentire la selezione dello spin. La chiralità si verifica quando un'immagine speculare di un oggetto non è sovrapponibile, ad esempio mani e piedi.

La struttura a doppia elica ritorta del DNA è caratterizzata da chiralità. Questa struttura del DNA allinea gli elettroni in una direzione mentre il gradiente di temperatura spinge gli elettroni dal materiale ferromagnetico più caldo al metallo non ferroso più freddo.

"L'asimmetria dei due filamenti in un dsDNA può indurre un trasporto spin-polarizzato più grande, "Bai ha detto. "Tuttavia, non significa che l'asimmetria permetta alla rotazione di andare in un modo o nell'altro."

I ricercatori hanno scoperto che l'aumento incessante dell'angolo elicoidale nel loro modello dsDNA spin-Seebeck può far avvicinare i due filamenti della molecola a uno stato di stretto allineamento, diminuendo la chiralità e indebolendo l'effetto spin(carica)-Seebeck.

"Però, ciò che è notevole, "Bai ha detto, "è che la pura corrente di spin con corrente di carica zero può essere ottenuta in termini di tensione di gate, che rappresenta il perfetto effetto spin-Seebeck."