Simulating how electrons move through nanowires

电子在电线上的运动是我们每天使用电的原因。生物纳米线是一种由蛋白质制成的微型线,由于其远距离携带电子的能力而引起了研究人员的注意。

在密歇根州立大学能源部植物研究实验室的Vermaas实验室发表在《Small》杂志上的一项研究中,研究人员通过使用计算机模拟扩展了我们对生物纳米线的理解。

该研究的第一作者Martin Kulke在Vermaas实验室团队的陪同下,利用PRL Kramer实验室的真实实验数据创建了晶体模拟,在那里他们将光源指向由蛋白质组成的纳米晶体,并计算受激发的电子通过它的速度。真正的问题是,为什么电子转移随着温度的升高而变慢,而温度的升高通常会加速纳米级的过程。

一种可能的想法是,电子在纳米晶体内需要跳跃的距离可能会随着温度的升高而增加,从而减慢它们通过蛋白质的速度。

“我们在不同温度下模拟了这些蛋白质纳米晶体来测试这个想法,”这项研究的主要研究者、PRL生物化学和分子生物学部门的助理教授Josh Vermaas说。“我们发现,不同温度下的距离变化本身并不是那么剧烈。”Simulating how electrons move through nanowires

当控制温度以外的变量时,研究人员开始看到电子在纳米线内跳跃的一些有趣行为。纳米线蛋白网络被做得更长、更短、更厚、更薄,以确定纳米晶体内电子流的瓶颈。

库尔克说:“我们发现,在生物纳米线中,电子传输是基于纳米线中蛋白质的运动。”“这意味着最终,你制造的纳米线越长,通过它们的电子传递就越少,而你制造的纳米线越厚,通过它们的电子传递就越多。”

生物纳米线的使用目前还处于推测阶段,但了解如何构建纳米线以允许更多的电子流,对于未来利用纳米线将生物过程与传统电子学连接起来的努力至关重要。