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            EEPW首頁(yè) > 國(guó)際視野 > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 科學(xué)家使用“DNA折紙”創(chuàng)建用于先進(jìn)半導(dǎo)體的金剛石晶格

            科學(xué)家使用“DNA折紙”創(chuàng)建用于先進(jìn)半導(dǎo)體的金剛石晶格

            作者:EEPW 時(shí)間:2024-05-21 來(lái)源:EEPW 收藏

            蝴蝶翅膀的閃亮顏色并不是來(lái)自顏料,而是由光子晶體引起的。這些晶體的周期性納米結(jié)構(gòu)允許特定波長(zhǎng)的光通過(guò),同時(shí)反射其他波長(zhǎng)的光。這使得實(shí)際上透明的翅膀鱗片顯得如此艷麗。自從理論學(xué)家在35年前預(yù)測(cè)光子晶體以來(lái),制造用于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的人工光子晶體一直是研究團(tuán)隊(duì)的重大挑戰(zhàn)和動(dòng)力?!肮庾泳w有多種應(yīng)用。它們已被用于開(kāi)發(fā)更高效的太陽(yáng)能電池、創(chuàng)新的光波導(dǎo)和量子通信。然而,它們的制造過(guò)程非常繁瑣,”物理學(xué)博士后格雷戈?duì)枴げㄋ鼓醽喛耍℅regor Posnjak)解釋道。他是LMU教授蒂姆·利德?tīng)枺═im Liedl)研究小組的一名博士后,該團(tuán)隊(duì)的工作得到了“e-conversion”卓越集群和歐洲研究委員會(huì)的資助。利用DNA納米技術(shù),該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種制造光子晶體的新方法。他們的研究成果現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/202405/458969.htm

            由DNA鏈構(gòu)成的金剛石結(jié)構(gòu)

            與光刻技術(shù)相比,LMU團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為DNA折紙的方法來(lái)設(shè)計(jì)和合成構(gòu)建塊,這些構(gòu)建塊隨后自組裝成特定的晶格結(jié)構(gòu)。“理論上早已知道,金剛石晶格對(duì)于光子晶體具有最佳幾何結(jié)構(gòu)。在金剛石中,每個(gè)碳原子與四個(gè)其他碳原子結(jié)合。我們的挑戰(zhàn)在于將金剛石晶體的結(jié)構(gòu)放大500倍,使構(gòu)建塊之間的間距與光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng),”蒂姆·利德?tīng)柦忉尩?。“我們通過(guò)DNA折紙將晶格的周期性增加到170納米,”波斯尼亞克說(shuō)道。

            完美的分子折疊技術(shù)

            聽(tīng)起來(lái)像魔術(shù)的東西實(shí)際上是利德?tīng)栃〗M的專長(zhǎng),該團(tuán)隊(duì)是世界領(lǐng)先的DNA折紙和自組裝研究團(tuán)隊(duì)之一。為此,科學(xué)家們使用一條長(zhǎng)的環(huán)形DNA鏈(由大約8000個(gè)堿基組成)和一組200個(gè)短DNA夾子。“后者控制著較長(zhǎng)DNA鏈的折疊,幾乎可以形成任何形狀——類似于折紙大師將紙張折成復(fù)雜的物體。因此,夾子決定了DNA折紙對(duì)象如何組合成所需的金剛石晶格,”LMU的博士后研究員說(shuō)道。DNA折紙構(gòu)建塊形成大約十微米大小的晶體,這些晶體被沉積在基板上,然后交給來(lái)自慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)沃爾特·肖特基研究所的合作研究小組。由伊恩·夏普教授(同樣由“e-conversion”卓越集群資助)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)能夠在DNA折紙晶體的所有表面上沉積單原子層的二氧化鈦?!癉NA折紙金剛石晶格充當(dāng)二氧化鈦的支架,二氧化鈦由于其高折射率,決定了晶格的光子特性。涂層后,我們的光子晶體不允許約300納米波長(zhǎng)的紫外光通過(guò),而是反射它,”波斯尼亞克解釋道。反射光的波長(zhǎng)可以通過(guò)調(diào)整二氧化鈦層的厚度來(lái)控制。

            DNA折紙可能促進(jìn)光子學(xué)的發(fā)展

            對(duì)于在紅外范圍內(nèi)工作的光子晶體,經(jīng)典的光刻技術(shù)是適用的,但過(guò)程繁瑣且昂貴。在可見(jiàn)光和紫外光波長(zhǎng)范圍內(nèi),光刻方法迄今未取得成功?!耙虼?,使用DNA折紙?jiān)谒芤褐凶越M裝的相對(duì)簡(jiǎn)單的制造過(guò)程,為生產(chǎn)所需尺寸的結(jié)構(gòu)提供了一種強(qiáng)大的替代方法,具有成本效益且可大量生產(chǎn),”蒂姆·利德?tīng)柦淌谡f(shuō)道。他確信,這種獨(dú)特的具有大孔且化學(xué)可尋址的結(jié)構(gòu)將激發(fā)進(jìn)一步的研究——例如在能源收集和存儲(chǔ)領(lǐng)域。在同一期的《科學(xué)》雜志中,由亞利桑那州立大學(xué)和TUM的彼得·蘇爾茨教授領(lǐng)導(dǎo)的合作研究提出了一個(gè)理論框架,用于設(shè)計(jì)多樣的晶體晶格,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了利用DNA折紙構(gòu)建塊形成的鈣鈦礦晶格,該晶格也可能用于光子應(yīng)用。



            關(guān)鍵詞: 半導(dǎo)體 材料

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