DNA摺紙技術 為半導體創造鑽石晶格
編譯／高晟鈞
來自慕尼黑大學的Tim Liedl研究室的研究團隊，利用DNA奈米技術開發了一種製造光子晶體的新方法，有望為開發更高效的太陽能電池、光電半導體與其他量子通訊材料產生推進作用。
光子晶體
蝴蝶翅膀的絢爛色彩其實並非是透過身體色素所呈現的，其實是來自一種稱為「光子晶體」的特殊結構。這種奈米結構允許某種波長的光通過，並反射其他波長，這使得本是透明的蝴蝶翅膀能夠變得五彩繽紛。
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光子晶體是由周期性排列不同折射率的介質製造的規則光學結構，這種材料因為具有光子帶隙而能夠阻斷特定頻率的光子，從而影響光子運動，類似於半導體晶體對於電子行為的影響。
神奇的DNA摺紙技術
人們推想可以通過光子晶體製造的器件來控制光子運動，例如製造光子電腦，或是光電半導體等等。與光刻技術相比，慕尼黑大學團隊使用稱為 DNA 摺紙的方法來設計和合成構建塊，然後將其自組裝成特定的晶格結構。
由於鑽石晶格理論上具有光子晶體的最佳幾何形狀，因而被研究團隊選為模板。其主要挑戰在於，如何將鑽石晶體的結構放大500倍，以便構件之間的空間與光波長相對應。
對此，研究團隊使用了一條長的環形DNA鏈（由約8,000個鹼基組成）和一個只有200鹼基的短DNA鏈。
短鏈具有類似釘書機的功能，可以控制較長的DNA鏈摺疊成幾乎任何形狀和複雜的物體，包括所需的鑽石晶格。DNA 摺紙構件最終形成約 10 微米大小的晶體，並沉積在基底上，隨後由研究團隊在所有表面上沉積上單獨的二氧化鈦原子層。反射光的波長可以透過二氧化鈦層的厚度來控制。
「DNA 摺紙鑽石晶格能充當二氧化鈦的支架，由於其高折射率，決定了晶格的光子特性。塗層後，光子晶體不允許波長約 300 奈米的紫外線照射穿過，而是反射它。」Posnjak 解釋道。
促進光子學發展
對於在紅外線範圍內工作的光子晶體，經典的光刻技術雖然是合適的，但費力且昂貴。此外，在可見光和紫外光的波長範圍內，光刻方法迄今尚未成功。因此使用 DNA 摺紙的製造工藝，相對高效且經濟，有望刺激其他領域，例如能量收集和儲存領域的研究。
資料來源:Phys.org
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