اوریگامی DNA، کلید نظم بخشی مولکولی در نیمه رساناهای دوبعدی
به گزارش گوپا، دانشمندان روشی نوین برای چیدمان دقیق مولکول ها روی نیمه رساناهای دوبعدی عرضه کرده اند. در این شیوه، اوریگامی DNA نقش حامل و الگودهنده را ایفا می کند. این موفقیت می تواند راه را برای ساخت ابزارهای بسیارکوچک و پرکارای آینده هموار کند.
به گزارش گوپا به نقل از ایسنا، پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری اسکولکوفو روسیه (Skolkovo Institute of Science and Technology – Skoltech) به همراه همکارانی از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ آلمان (Ludwig Maximilian University of Munich)، دانشگاه نانجینگ چین (Nanjing University) و مؤسسه ملی علم مواد ژاپن (National Institute for Materials Science)، روشی نوآورانه برای نشاندن کنترل شده مولکول های آلی روی یک نیمه رسانای دوبعدی توسعه داده اند. این شیوه که در چارچوب یک مطالعه اثبات مفهوم ارایه شده، از ساختارهای خودآرای «اوریگامی DNA» برای حمل و جانمایی دقیق رنگینه های آلی در الگوهایی از پیش تعریف شده استفاده می کند؛ الگوهایی که سپس با یک لایه نیمه رسانای دوبعدی پوشانده می شوند.
یافته های این تحقیق در نشریه علمی Small Methods انتشار یافته و از آن به عنوان گامی مهم در راه مهندسی دقیق خواص نوری و الکترونیکی مواد دوبعدی یاد می شود. در این ساختار هیبریدی، یک زیرلایه دی اکسید سیلیکون در پایین قرار دارد، روی آن سازه اوریگامی DNA با آرایش مثلثی جای گرفته و مولکول های رنگی آلی را در خود حمل می کند. این مولکول ها به اندازه ای به لایه دوبعدی دی سولفید مولیبدن نزدیک هستند که امکان تبادل انرژی میان آنها فراهم می شود.
الهام بخش اصلی این مسیر پژوهشی، گرافن بوده است؛ ماده ای که آغازگر توجه گسترده به خانواده ای تازه از نیمه رساناهای فوق نازک با ضخامت اتمی شد. موادی مانند دی سولفید مولیبدن این نوید را می دهند که ابزارهای الکترونیکی و اپتیکی آینده نه تنها کوچک تر، بلکه کارآمدتر از نمونه های مبتنی بر نیمه رساناهای متعارف مانند سیلیکون باشند. در عین حال، کار در این مقیاس به چالشی اساسی منجر می شود: چطور می توان در یک صفحه دوبعدی، مسیرهای عملکردی دقیق و قابل کنترل ایجاد کرد؟ به قول ایرینا مارتیننکو، استادیار فیزیک در اسکول تک و از نویسندگان این تحقیق، تا حالا دو راهبرد اصلی برای شکل گیری «چشم انداز انرژی» در نیمه رساناهای دوبعدی مطرح بوده است. نخست، ایجاد نقص های ساختاری در شبکه ماده که بتوانند هدایت برانگیختگی ها یا اکسایتون ها را کنترل کنند؛ روشی که هنوز امکان اجرای آن با دقت نانومتری وجود ندارد. راهبرد دوم، نشاندن مولکول های آلی روی تک لایه نیمه رسانا است، اما تا پیش از این، این کار به صورت تصادفی انجام می شد و همین بی نظمی، کارآیی ابزارهای حاصل را محدود می کرد.
در این تحقیق، تیم علمی موفق شده است با استفاده از اوریگامی DNA، این مانع اساسی را برطرف کند. آنها ساختارهای DNA در ابعاد حدود ۱۰۰ نانومتر طراحی نموده اند که مولکول های رنگی را دقیقاً در نقاطی مشخص حمل می کنند. این سازه ها روی تراشه قرار می گیرند و سپس با یک لایه تک اتمی از دی سولفید مولیبدن پوشانده می شوند. نتیجه، ماده ای هیبریدی است که در آن، الگوی مولکولی از پیش طراحی شده می تواند خواص نوری نیمه رسانا را در مقیاس نانو شکل دهد.
به قول انور بایموراتف، دانشیار فیزیک در اسکول تک و از دیگر نویسندگان مقاله، آزمایش ها نشان داده اند که سازه های اوریگامی DNA به درستی مونتاژ می شوند و پدیده «انتقال انرژی تشدیدی فورستر» میان مولکول های رنگی و لایه دی سولفید مولیبدن رخ می دهد. این پدیده امکان تبادل انرژی میان دو ماده را فراهم می آورد و از همین مسیر است که میتوان خاصیت های نیمه رسانا را با الگویی نانومتری مهندسی کرد.
تصاویر فوتولومینسانس به دست آمده به روشنی این مورد را نشان می دهند. در نواحی ای از ورقه مثلثی دی سولفید مولیبدن که زیر آنها مولکول های رنگی قرار گرفته اند، شدت تابش نور بطور محسوسی افزایش می یابد؛ در حالیکه در دیگر بخش ها، گسیل نور یکنواخت تر است. این تفاوت، شاهدی مستقیم بر اثرگذاری الگوی مولکولی طراحی شده با اوریگامی DNA است.
حال که امکان الگودهی دقیق و قابل اعتماد چشم انداز انرژی در نیمه رساناهای دوبعدی به اثبات رسیده است، محققان قصد دارند از این شیوه برای ساخت ادوات نانوالکترونیکی و نانوفوتونیکی مشخص بهره ببرند. در چشم انداز بلندمدت، چنین مواد هیبریدی نانوساختار می توانند به طراحی ابزارهای فشرده و پرکارایی برای محاسبات نوری، شبیه سازی های کوانتومی و آشکارسازی نور منجر شوند؛ ابزارهایی که تعریف تازه ای از مرزهای فناوری ارایه خواهند داد.
بطور خلاصه به گزارش گوپا به نقل از ایسنا، محققان مؤسسه علم و فناوری اسکولکوفو روسیه (Skolkovo Institute of Science and Technology – Skoltech) بهمراه همکارانی از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ آلمان (Ludwig Maximilian University of Munich)، دانشگاه نانجینگ چین (Nanjing University) و مؤسسه ملی علم مواد ژاپن (National Institute for Materials Science)، روشی نوآورانه برای نشاندن کنترل شده مولکول های آلی روی یک نیمه رسانای دوبعدی توسعه داده اند. با این حال، کار در این مقیاس به چالشی اساسی منجر می شود: چطور میتوان در یک صفحه دوبعدی، مسیرهای عملکردی دقیق و قابل کنترل ایجاد کرد؟ حال که امکان الگودهی دقیق و قابل اعتماد چشم انداز انرژی در نیمه رساناهای دوبعدی به اثبات رسیده است، پژوهشگران قصد دارند از این شیوه برای ساخت ادوات نانوالکترونیکی و نانوفوتونیکی مشخص بهره ببرند.
منبع: goopa.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب