Разработка муаровых сверхрешеток на основе ДНК открывает новые горизонты в создании функциональных наноматериалов. Уникальные свойства таких материалов делают их перспективными для различных приложений.
Муаровые сверхрешетки ДНК находятся в центре внимания нового исследования. Источник: University of Stuttgart / 2nd Physics Institute
Специалисты разрабатывают инновационные муаровые структуры на уровне нанометров благодаря новейшим достижениям в области ДНК-нанотехнологий. Такие муаровые сверхрешетки возникают путем совмещения двух регулярных кристаллических структур ДНК с незначительным поворотом или сдвигом относительно друг друга. Разработанный экспертами Штутгартского университета и Института исследования твердых тел общества Макса Планка метод позволяет упростить процесс сборки сложных сверхрешеток и дает возможность создавать принципиально новые конструкции в нанодиапазоне, пишет ScienceDaily.
«В отличие от традиционных методов, основанных на механическом укладывании и скручивании двумерных материалов, наша платформа использует процесс сборки “снизу вверх”, — объясняет Лаура На Лю, профессор 2-го физического института Штутгартского университета.
Сборка осуществляется с помощью соединения индивидуальных цепей ДНК в большие организованные структуры. Процесс базируется на принципах самоорганизации: нити ДНК объединяются автоматически, лишь благодаря внутренним межмолекулярным взаимодействиям. Ученые используют этот механизм. Они закладывают необходимые характеристики сверхрешетки — углы поворота, расстояния между элементами и симметрию — прямо в первичную структуру молекул, называемую зародышем нуклеации. Далее вся конструкция собирается самостоятельно с высокой точностью на уровне нанометров. Именно зародыш служит своеобразным шаблоном, задающим направление роста двумерных решеток ДНК. Он позволяет формировать идеально подогнанные двуслойные или трехслойные структуры всего за одну стадию синтеза в растворе.
Ученые использовали способность ДНК к самоорганизации для создания сложных муаровых сверхрешеток нанометрового масштаба — структур, которые скручиваются и наслаиваются как никогда ранее.Источник: Unsplash
Несмотря на активное изучение муаровых сверхрешеток на атомном и фотонном масштабах, область нанометровых размеров оставалась практически неизученной. Здесь пересекаются свойства молекулярной программируемости и функциональности материалов. Научная команда из Штутгарта успешно закрыла этот пробел в своем экспериментальном проекте.
Новые муаровые сверхрешетки обладают высоким разрешением, точной адресацией и программируемой симметрией, что делает их многообещающими материалами для различных областей науки и технологий. Эти структуры подходят для размещения наноразмерных элементов вроде флуоресцентных молекул, металлических частиц и полупроводников в специальных двумерных и трехмерных конструкциях. Химически стабилизированные решетки могут применяться как фононные кристаллы или механические метаматериалы с регулируемыми вибрационными свойствами. Градиенты их структуры открывают перспективы для разработки оптических и акустических приборов с управляемым направлением распространения света и звука.
Особенное значение имеет применение сверхрешеток в изучении спин-селективного транспорта электронов. Экспериментально доказано, что ДНК способна фильтровать спины, а регулярные муаровые структуры позволяют исследовать явления топологического переноса спинов с высокой степенью контроля.