Исследователи из Сколтеха совместно с коллегами из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана, Нанкинского университет и Национального института материаловедения разработали метод прецизионной функционализации двумерных полупроводников органическими молекулами. В основе подхода лежит использование ДНК-оригами — наноструктур из ДНК, способных к самосборке и несущих молекулы органических красителей в строго заданных позициях. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Атомарно тонкие полупроводники, такие как дисульфид молибдена (MoS₂), рассматриваются как перспективная основа для электроники и фотоники нового поколения. По сравнению с кремнием они позволяют создавать более компактные и энергоэффективные устройства. Однако на наномасштабе возникает ключевая проблема: современные технологии не позволяют с высокой точностью формировать на таких материалах заданные функциональные паттерны.
Предложенный метод решает эту задачу с помощью ДНК-оригами. Ученые проектируют наноструктуры размером порядка 100 нанометров, в которых молекулы органических красителей закреплены в заранее известных местах. Эти структуры размещаются на чипе, после чего сверху переносится монослой двумерного полупроводника. Благодаря близкому расположению между красителями и MoS₂ возникает резонансный перенос энергии, позволяющий локально управлять оптическими свойствами материала.
Как поясняет старший преподаватель Центра инженерной физики Сколтеха Ирина Мартыненко, ранее существовали два подхода к формированию «энергетического ландшафта» в двумерных полупроводниках: создание дефектов или нанесение органических молекул. Оба метода не обеспечивали нужной нанометровой точности. Использование ДНК-оригами, напротив, позволяет заранее задать геометрию и положение функциональных элементов.
Эксперименты показали, что ДНК-оригами корректно самособирается, а между красителями и монослоем MoS₂ действительно происходит обмен энергией. Это подтверждается измерениями фотолюминесценции: в областях, где красители поглощают свет, излучение усиливается именно по заданному наношаблону, тогда как вне этих зон свечение остаётся равномерным.
По словам доцента Сколтеха Анвара Баймуратова, продемонстрированный принцип открывает путь к управлению свойствами двумерных полупроводников на наномасштабе без внесения дефектов в сам материал. В дальнейшем ученые планируют использовать эту технологию для создания конкретных наноэлектронных и нанофотонных устройств. Такие гибридные материалы могут лечь в основу компактных вычислителей, оптических детекторов и систем для квантовых симуляций.
Ранее в России первыми в мире нашли способ лечения опасного вирусного заболевания.
