Доктор. Адриан Келлер из Института физики ионных пучков и материаловедения HZDR описывает новый метод: «Его красота заключается в том, что мы позволяем природе просто идти своим чередом, как только мы создали необходимую основу.«В технике ДНК-оригами структуры ДНК собираются сами по себе, когда длинные цепи биомолекулы складываются в сложные, заранее заданные наноразмерные формы путем спаривания с несколькими меньшими цепями ДНК. Физики использовали эту технику для производства небольших трубок длиной 412 нанометров и диаметром шесть нанометров.
Эти структуры могут использоваться в качестве каркасов для производства наноэлектронных компонентов, таких как нанопроволоки.
Чтобы выровнять эти нанотрубки на поверхности, исследователи использовали принцип самоорганизации, который на самом деле довольно распространен в природе. Например, ветер может формировать упорядоченные узоры на песчаном пляже. «Здесь действуют аналогичные процессы», — объясняет Келлер. «Мы облучаем поверхность, на которую хотим разместить наноструктуры — в нашем случае кремниевые пластины — ионами.
Это приводит к самопроизвольному появлению упорядоченных наноструктур, напоминающих миниатюрные песчаные дюны. На этом этапе наша работа в значительной степени завершена, поскольку естественные процессы берут на себя и делают всю работу."
Благодаря электростатическому взаимодействию между заряженными наноструктурами ДНК и заряженной поверхностью нанотрубки выстраиваются в долинах дюн. Келлер говорит: «Этот метод работает настолько хорошо, что маленькие трубки не только повторяют волнистые узоры, но и воспроизводят случайные дефекты узора.
Это означает, что этот метод также должен позволять производить изогнутые нанокомпоненты."Максимальная степень выравнивания, которую смогли получить дрезденские исследователи, была при длине волны шаблона 30 нанометров. «Верно, мы смотрим только на общий выход 70 процентов нанотрубок, которые идеально следуют шаблону», — признает Келлер. "Но это все равно впечатляет, учитывая естественный процесс, который мы использовали."
Потому что, в отличие от предыдущих подходов, по словам Келлера, новый метод быстр, дешев и прост. «До сих пор нам приходилось использовать методы литографии и обрабатывать поверхность химическими веществами, чтобы выровнять наноструктуры ДНК.
Хотя это и дает желаемый результат, тем не менее усложняет процессы. Наша новая техника предлагает гораздо более простую альтернативу.«Поскольку выравнивание маленьких трубок основано исключительно на электростатическом взаимодействии с предварительно структурированной поверхностью, с помощью этого конкретного метода нанотрубки можно также объединить в более сложные массивы, такие как электронные схемы. Келлер убежден, что их можно, например, присоединять к отдельным транзисторам и соединять их электрически: «Таким образом, нанокомпоненты на основе ДНК могут быть интегрированы в технологические устройства и способствовать дальнейшей миниатюризации."
Разработка электронных схем, основанных на таких принципах самоорганизации, является предметом исследований Международной школы исследований имени Гельмгольца NanoNet, которую координирует HZDR. Международный доктор.D.
Программа обучает молодых ученых молекулярной электронике в рамках концепции DRESDEN — альянса между HZDR, Техническим университетом Дрездена и несколькими партнерами из области науки. Основное внимание в программе уделяется методам, которые функционализируют атомы, молекулы и искусственные наноструктуры, чтобы обеспечить обмен информацией между ними и, в конечном итоге, построить электронные строительные блоки, такие как транзистор.
Долгосрочное видение этого научного подхода — разработка компонентов, которые самопроизвольно собираются в электронные схемы.