Разработка муаровых сверхрешеток на основе ДНК открывает новые возможности в создании функциональных наноматериалов. Исключительные характеристики таких материалов делают их перспективными для множества применений.
Исследователи создают новаторские муаровые структуры на уровне нанометров благодаря последним достижениям в области ДНК-нанотехнологий. Эти муаровые сверхрешетки формируются путем наложения двух регулярных кристаллических структур ДНК с незначительным поворотом или сдвигом друг относительно друга. Разработанный специалистами Штутгартского университета и Института исследования твердых тел общества Макса Планка метод упрощает процесс сборки сложных сверхрешеток и позволяет создавать принципиально новые конструкции в нанодиапазоне, согласно информации ScienceDaily.
«В отличие от традиционных способов, основанных на механическом укладывании и скручивании двумерных материалов, наша платформа применяет процесс сборки «снизу вверх», — комментирует Лаура На Лю, профессор 2-го физического института Штутгартского университета.
Сборка выполняется путем соединения отдельных цепей ДНК в более крупные организованные структуры. Процесс основывается на принципах самоорганизации: нити ДНК соединяются автоматически благодаря внутренним межмолекулярным взаимодействиям. Ученые применяют этот механизм, заранее закладывая необходимые характеристики сверхрешетки — углы поворота, расстояния между элементами и симметрию — прямо в первичную структуру молекул, именуемую зародышем нуклеации. Затем вся конструкция самоорганизуется с высокой точностью на уровне нанометров. Этот зародыш служит своеобразным шаблоном, определяющим направление роста двумерных решеток ДНК. Он позволяет создавать идеально подходящие двуслойные или трехслойные структуры всего за одну стадию синтеза в растворе.
Несмотря на активное изучение муаровых сверхрешеток на атомном и фотонном уровнях, область нанометровых размеров оставалась почти неизученной. Здесь пересекаются характеристики молекулярной программируемости и функциональности материалов. Научная группа из Штутгарта успешно закрыла этот пробел в своем экспериментальном проекте.
Новые муаровые сверхрешетки имеют высокое разрешение, точную адресацию и программируемую симметрию, что делает их многообещающими материалами для разных областей науки и технологий. Эти структуры пригодны для размещения наноразмерных элементов, таких как флуоресцентные молекулы, металлические частицы и полупроводники в специализированных двумерных и трехмерных конструкциях. Химически стабилизированные решетки могут использоваться как фононные кристаллы или механические метаматериалы с регулируемыми вибрационными характеристиками. Градиенты их структуры открывают новые возможности для разработки оптических и акустических приборов с управляемым направлением распространения света и звука.
Особое значение имеет применение сверхрешеток в исследовании спин-селективного транспорта электронов. Экспериментально установлено, что ДНК способна фильтровать спины, а регулярные муаровые структуры позволяют изучать явления топологического переноса спинов с высокой степенью контроля.
Фото: hi-tech.mail.ru