در یکی از پیشرفته‌ترین دستاوردهای حوزه نانو، پژوهشگران دانشگاه اشتوتگارت موفق شدند با استفاده از رشته‌های DNA، ساختارهایی پیچیده موسوم به ابرشبکه‌های موآره (Moiré Superlattices) را به‌صورت خودآرا در محلول ایجاد کنند؛ ساختارهایی که می‌توانند قواعد نور، صدا و حتی رفتار الکترون‌ها را در مقیاس نانو بازنویسی کنند.

به گزارش سرویس علم و فناوری ایصال نیوز، این پژوهش که در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده، توسط تیمی به سرپرستی پروفسور «لورا نا لیو» (Laura Na Liu) از مؤسسه دوم فیزیک دانشگاه اشتوتگارت انجام گرفته است.

در این روش نوین، زوایای چرخش، فواصل شبکه‌ای و تقارن ساختارها مستقیم در طراحی مولکولی رشته‌های DNA برنامه‌ریزی می‌شود. این طراحی به‌گونه‌ای انجام شده که ساختارها بدون نیاز به دخالت انسانی و تنها از طریق خودآرایی مولکولی، در محلول شکل می‌گیرند.

پروفسور لیو در توضیح این فناوری می‌گوید: «برخلاف روش‌های سنتی که نیازمند چیدمان دقیق و مکانیکی لایه‌های دوبعدی بودند، ما با استفاده از فرآیند پایین به بالا و کدگذاری مستقیم اطلاعات هندسی در رشته‌های DNA، توانستیم ساختارهایی با دقت نانومتری بسازیم.»

در این فرآیند، ساختار اولیه‌ای به نام «بذر هسته‌زایی» (Nucleation Seed) طراحی می‌شود که همانند یک دفترچه راهنما، ساختار نهایی را شکل می‌دهد. این بذر، رشته‌های دیگر DNA را جذب کرده و آن‌ها را در مکان‌ها و زوایای ازپیش‌تعیین‌شده قرار می‌دهد. تمامی این فرایند در یک مرحله و به‌صورت محلولی انجام می‌شود، بدون نیاز به تجهیزات پیچیده مکانیکی.

ابرشبکه‌های موآره در فیزیک ماده چگال، فتونیک و حتی فناوری‌های کوانتومی بسیار مورد توجه هستند. اما ساخت آن‌ها تاکنون نیازمند روش‌های بسیار دقیق و پرهزینه بوده است.

فناوری جدید تیم اشتوتگارت این مسیر را ساده کرده و امکان ساخت ساختارهایی در ابعاد ۲٫۲ نانومتر با الگوهای متنوعی مانند شبکه‌های مربعی، شش‌ضلعی (honeycomb) و «کاگومه» را فراهم آورده است.

به گفته پروفسور «پیتر فان آکن» (Peter A. van Aken) از مؤسسه ماکس پلانک برای تحقیقات ماده چگال، این ساختارها تحت میکروسکوپ الکترونی الگوهای موآره‌ای دقیق و هم‌خوان با طراحی DNA اولیه را نشان می‌دهند. در این مطالعه همچنین روشی نوین برای رشد لایه‌های چرخیده معرفی شده که از طریق «قلاب‌های مولکولی» تعریف‌شده در بذر DNA، لایه‌های SST را با هم هم‌تراز می‌کند.

کاربردهای این دستاورد گسترده و هیجان‌انگیز است. ساختارهای جدید می‌توانند به‌عنوان داربست‌هایی برای جای‌گذاری دقیق نانوذرات، مولکول‌های فلورسانس یا نیم‌رساناها در معماری‌های دوبعدی و سه‌بعدی عمل کنند. همچنین با تغییر شیمیایی، می‌توان آن‌ها را به بلورهای فونونی یا متامتریال‌های مکانیکی با پاسخ‌های ارتعاشی قابل تنظیم تبدیل کرد.

افزون بر این، طراحی شیب‌دار این ساختارها امکان ساخت دستگاه‌هایی با ضریب شکست متغیر (gradient-index) را فراهم می‌کند که قادرند مسیر نور یا صوت را به‌طور کنترل‌شده هدایت کنند. یکی دیگر از کاربردهای امیدبخش، در حوزه اسپینترونیک است؛ چرا که DNA توانایی فیلتر کردن اسپین الکترون‌ها را دارد و این ابرشبکه‌ها می‌توانند بستری برای مطالعه پدیده‌های نوین در انتقال اسپینی توپولوژیک فراهم آورند.

پروفسور لیو در پایان می‌گوید: «ما قصد نداریم مواد کوانتومی را تقلید کنیم؛ بلکه در حال گشودن فضای طراحی تازه‌ای هستیم که به ما اجازه می‌دهد ماده‌ای ساخت‌یافته را از پایین به بالا و با کنترل دقیق هندسی، مستقیم از درون مولکول‌ها بسازیم.»

انتهای پیام/*