Учёные создали самоорганизующиеся наноструктуры из ДНК для прорывных технологий

ДНК-сверхрешётки с муаровым узором стали объектом исследования, опубликованного в Nature Nanotechnology. Фото: Университет Штутгарта / 2-й Физический институт

Исследователи разработали новый метод создания муаровых материалов на нанометровом уровне с использованием передовых технологий ДНК-нанотехнологий. ДНК-сверхрешётки с муаровым узором образуются при наложении двух периодических ДНК-решёток с небольшим угловым поворотом или позиционным смещением. Это создаёт новый, более крупный интерференционный узор с совершенно иными физическими свойствами.

Новый подход, разработанный учёными из Университета Штутгарта и Института твёрдотельных исследований Общества Макса Планка, не только упрощает сложное построение таких сверхрешёток, но и открывает совершенно новые возможности проектирования на наноуровне. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

«Наш подход обходит традиционные ограничения создания муаровых сверхрешёток», — говорит профессор Лаура На Лю, директор 2-го Физического института Университета Штутгарта.

Новая парадигма создания муаровых сверхрешёток

«В отличие от традиционных методов, основанных на механическом наслаивании и скручивании двумерных материалов, наша платформа использует процесс сборки снизу вверх», — объясняет Лаура На Лю. Этот процесс основан на самоорганизации: нити ДНК соединяются без внешнего вмешательства, исключительно за счёт молекулярных взаимодействий.

«Мы кодируем геометрические параметры сверхрешётки — такие как угол поворота, расстояние между подрешётками и симметрия решётки — непосредственно в молекулярный дизайн исходной структуры, известной как затравка. Затем мы позволяем всей архитектуре самоорганизоваться с нанометровой точностью».

Перспективы применения

Высокое пространственное разрешение, точная адресуемость и программируемая симметрия наделяют новые муаровые сверхрешётки значительным потенциалом для различных применений в науке и технологиях. Например, они могут служить идеальными каркасами для нанокомпонентов — таких как флуоресцентные молекулы, металлические наночастицы или полупроводники в кастомных 2D и 3D архитектурах.

Особенно перспективным направлением является спин-селективный транспорт электронов. ДНК уже показала себя как спиновый фильтр, а эти упорядоченные сверхрешётки с определённой муаровой симметрией могут стать платформой для изучения топологических явлений спинового транспорта.

«Речь не о том, чтобы имитировать квантовые материалы, — говорит Лаура На Лю. — Мы расширяем пространство для проектирования и делаем возможным создание новых типов структурированной материи снизу вверх, с геометрическим контролем, заложенным прямо в молекулы».

Исследование открывает новые горизонты в молекулярной инженерии, нанофотонике, спинтронике и материаловедении, предлагая инструменты для создания материалов с уникальными свойствами.

Источники: Nature Nanotechnology, ScienceDaily