DNA-origamit ja 2D-materiaalit yhdistivät voimansa

Venäläisen Skolkovo Institute of Science and Technologyn tutkijat ja heidän kollegansa Münchenin Ludwig-Maximilian-yliopistosta Saksasta, Nanjingin yliopistosta Kiinasta ja Japanin kansallisesta materiaalitieteen instituutista ovat kehittäneet menetelmän orgaanisten molekyylien kerrostamiseksi kaksiulotteiselle puolijohteelle erittäin hallitusti.

Tässä konseptin todistuksen tutkimuksessa testattiin tekniikkaa, jossa käytetään itsestään järjestyneitä DNA-origamien nanorakenteita orgaanisten värimolekyylien kuljettamiseen ennalta määrätyssä kuviossa, joka peitetään 2D-puolijohteella.

Tulevaisuudessa tekniikkaa voitaisiin käyttää komponenttien luomiseen erittäin pienen tehonkäytön laitteille.

Atomitason ohuiden puolijohdemateriaalien luokka – kuten molybdeenidisulfidi – lupailee mahdollistaa elektronisten ja optisten laitteiden valmistuksen, jotka ovat pienempiä ja tehokkaampia kuin perinteisillä puolijohteilla, kuten piillä, saavutettavat laitteet.

Niin pienessä mittakaavassa toimiminen tuo kuitenkin mukanaan merkittävän nanokuviointihaasteen: Hyvin määriteltyjen, toiminnallisten reittien luominen kaksiulotteiseen materiaaliin vaatii tarkkuutta, joka ylittää nykyisten valmistustekniikoiden rajat.

”Kaksiulotteiselle puolijohdelevylle voidaan luoda ’maisema’, joka ohjaa eksitonien johtumista haluttuja reittejä pitkin: Joko materiaaliin lisätään jonkinlaisia virheitä, jotka muuttavat sen alkuperäistä tasaista rakennetta, mitä ei ole tähän mennessä voitu tehdä nanometrin tarkkuudella, tai yksikerroksiselle kerrostetaan orgaanisia molekyylejä, mutta tähän mennessä tätä ei ole tehty hallitusti, ja syntyvän kuvion satunnaisuus rajoittaa laitteen tehokkuutta”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, apulaisprofessori Irina Martynenko Skoltech Physicsistä.

Tiimi esitteli onnistuneesti tavan kerrostaa orgaanisia väriainemolekyylejä molybdeenidisulfidin monokerrokselle DNA-origamin avulla.

Tutkijoiden mukaan kokeet osoittavat, että DNA:n origami-väriainerakenteet kokoontuvat oikein ja että väriainemolekyylit ja molybdeenidisulfidimonokerros todellakin osoittavat Förster-resonanssisen energiansiirron ilmiön.

Tämä mahdollistaa energianvaihdon kahden materiaalin välillä ja siten puolijohteen ominaisuuksien jäsentämisen nanomittakaavassa kerrostuneen kuvion avulla.

Nyt kun tiimi on vahvistanut, että DNA-origamia voidaan käyttää kaksiulotteisten puolijohteiden energiamaiseman tarkkaan ja luotettavaan kuviointiin nanoskaalassa, tutkijat yrittävät luoda erityisiä nanoelektronisia ja nanofotonisia toimintarakenteita tätä tekniikkaa käyttäen.

Aiheesta aiemmin:

Lämpöenergialla jatkuvasti toimivat DNA-molekyylikoneet

Transistoreita DNA-tunnistukseen

DNA irroittaa elektroniikan tasopinnoilta