《DNA中的電荷與自旋輸運現象》是依託蘇州大學，由王雪峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：DNA中的電荷與自旋輸運現象
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王雪峰
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
DNA縱向電輸運研究能為理解細胞中的DNA損傷與修復過程、開發治療癌症的基因療法提供重要指導。橫向電輸運研究則可被用來開發高速且高精度的物理基因測序技術，實現廉價的快速基因測序這樣一個極具現實意義的目標。而包括自旋輸運在內的研究則能為將DNA這種獨特的天然功能材料套用於未來量子器件提供途徑，為DNA器件的可行性和設計提供依據。最近十年來實驗及計算機技術的迅速發展使這些研究成為可能。我們將利用自己在半導體納米結構及有機分子鏈體系中研究電聲子作用、電荷及自旋輸運、以及電子關聯等特性的堅實背景，在提出的雙鏈梯子模型基礎上，採用多尺度方法，即將非平衡格林函式理論或轉移矩陣方法與第一性原理、緊束縛方法、或有效質量近似結合起來，深入系統地研究DNA中電輸運的一些特性，包括DNA原子振動（聲子）、環境（電磁場、摻雜、電介質溶液）、分子結構變化、電極及其與DNA分子的接觸等自身及外部各種因素對輸運的影響。
結題摘要
以DNA為代表的有機分子鏈中的電荷及自旋輸運現象由於其重要的科學價值和器件套用前景在近年來獲得廣泛重視。這些低維系統往往具有環狀或層狀結構，p 電子軌道在層內形成擴展電子態並與相鄰層電子態交疊使電子也可以比較自由地在層間運動。這種 p 電子結構正是導致DNA長程電輸運及石墨良好導電性的原因。現有實驗已經表明電子輸運與DNA分子的損傷與修復過程密切相關。同時，DNA等分子中電子輸運的研究也能為基因測序、DNA等一維分子鏈的器件設計提供依據。近年來具有豐富材料特性的有機環金屬三明治一維分子結構中的電輸運性質受到關注，在DNA分子鏈的層狀鹼基之間摻雜金屬原子也成為改變其電學性質的一個手段。另外，最近受到廣泛關注的一維石墨烯納米帶可以被用來製作連線DNA分子的電極。在鋸齒型石墨烯納米帶中，p軌道在邊緣形成自旋極化的量子態，且其能量正好處於費米面附近，因而能夠決定該系統中的電子輸運特性。本項目中我們首先利用緊束縛模型研究了DNA分子的一些性質。如存在鹼基錯配情況下DNA分子的電輸運特性。結果表明錯配鹼基的存在能使分子的電流－電壓特性曲線出現明顯的台階，這種特性有可能被用來製作記憶電子器件。同時我們也研究了局域和擴展聲子模式的存在對電子輸運的影響。此外，利用基於第一性原理的密度泛函理論結合非平衡格林函式方法，我們研究了在石墨烯納米帶電極間DNA鹼基處於不同角度、不同方向、和夾雜金屬原子時的電輸運特性。再次，我們研究了一維石墨烯納米帶分子的電子輸運特性。得到了其中出現單自旋負微分電導特性的條件和物理機制。最後，以偶數寬度石墨烯納米帶作為電極，我們發現可以利用波函式的對稱性來控制通過一維分子鏈的電流－電壓特性。
