超出预期的量子道范围的近温度独立电子传输

科学领域:

• 生物分子电子
• 固态物理
• 蛋白质生物物理学

背景情况:

• 通过高达10纳米的固态连接进行高效的电子传输 (ETp) 是生物分子电子学的关键挑战.
• 现有的电荷传输机制在蛋白质等非结合分子中难以解释ETp,特别是在更远的距离上.
• 对于小蛋白连接 (2-3 nm) 提出了连贯量子道,但对于较厚的薄膜是有问题的.

研究的目的:

• 作为连接宽度的函数,研究穿过细菌素 (bR) 蛋白膜的电子传输 (ETp) 的极限.
• 探索厚蛋白层 (9-60 nm) 中的ETp机制及其温度依赖性.

主要方法:

• 使用细菌素 (bR) 蛋白制造大面积 (∼10~3厘米) 的金-蛋白-结.
• 将bR组装成单层和多层,创建约9至60nm的接口宽度.
• 测量光辐射光谱和交叉流作为温度和交叉宽度的函数.

主要成果:

• 交点电流随着交点宽度的增加呈指数式下降,长度衰减常数低 (0.05-0.5 nm-1).
• 电子传输几乎独立于温度,特别是在160K以下,即使是最宽的连接点.
• 观察到的行为挑战跳跃和连贯量子道作为这些距离的主要运输机制.

结论:

• 这些发现表明,电子传输是由电荷注入到蛋白质膜接触而不是通过蛋白质传播而受到限制.
• 蛋白膜的静电性进一步限制了载体注入,造成了有效ETp的瓶.
• 通过数十纳米的蛋白质层, 超越注射效率的有效电荷传播的题需要进一步的研究.