Ploché obrazovky na bázi kvantových teček (displeje QLED apod.) se již používají, kvantové tyčky by pak mohly představovat v zobrazovacích technologiích další krok. Dokážou efektivně ovládat polarizaci i barvu světla, a vytvářet tak 3D obrazy pro zařízení virtuální reality.
Na MITu nyní přišli s novým způsobem, jak přesně pole kvantových tyček sestavit. Vědci přitom využili lešení skládané z DNA, u niž dokážeme přesně definovat požadovanou prostorovou strukturu. Díky následnému přesně řízenému ukládání kvantových tyček na lešení z DNA lze řídit jejich orientaci, což je klíčový faktor určující polarizaci vyzařovaného světla; tato technika usnadňuje do scén virtuální reality přidávat hloubku. To, jak kvantové tyčky přesně na nanoúrovni seřídit tak, aby měly stejnou orientaci, pro technology až dosud představovalo velkou výzvu.
DNA je jako materiál pro výrobu příslušného lešení ideální a techniky „DNA origami“ se během posledních dvou desetiletí rychle rozvíjely. Mark Bathe z MITu v rámci výzkumu navíc vytvořil program, který další výzkumníky odstiňuje od nutnosti fungování DNA nějak do hloubky rozumět – stačí zadat požadovanou geometrii (v nanoměřítku) a program vypočítá sekvence DNA, které se samy sestaví do správného tvaru. Výzkumníci vyvinuli také škálovatelné výrobní metody, které do těchto materiálů na bázi DNA začleňují kvantové tečky.
U kvantových tyček je ovšem situace obtížnější. Kvantová tečka je víceméně 2D objekt, naproti tomu tyčku je třeba nejen umístit na správné místo, ale také ve správné orientaci (pro daný účel všechny tyčky musejí být stejně zarovnané). Dosavadní přístupy, které vytvářejí zarovnaná pole kvantových tyčinek pomocí mechanického tření nebo elektrickým polem, které tyčky vychýlí do jednoho směru, měly jen omezený úspěch. Bylo tomu tak proto, že aby emise světla měla patřičné vlastnosti, tyčky musejí být od sebe vzdáleny alespoň 10 nanometrů (aby „nezhasínaly“ nebo nepotlačovaly aktivitu vyzařování světla svých sousedů). Vědci problém nyní vyřešili tak, že připevnili kvantové tyčky ke strukturám DNA origami ve tvaru diamantu, které mohou být postaveny ve správné velikosti tak, aby byla dodržena požadovaná vzdálenost tyček ve finální struktuře. DNA origami se pak připevní na povrch, kde do sebe vše zapadne jako dílky puzzle.
Co se týče dalších technických podrobností: bylo také třeba vymyslet způsob, jak ke kvantovým tyčkám vlákna DNA připojit . Za tímto účelem na MITu vyvinuli postup, který zahrnuje emulgaci DNA do směsi s kvantovými tyčkami a následnou rychlou dehydrataci směsi, což umožní molekulám DNA vytvořit na povrchu tyček hustou vrstvu. Tato metoda je rychlá a navíc by měla být použitelná velmi obecně.
Takto vytvořená vlákna DNA pak představují teprve mezistupeň, fungují jako suchý zip a pomáhají kvantovým tyčkám přilnout k vlastní šabloně DNA origami, která vytvoří tenký film pokrývající křemíkový povrch. Tento tenký film DNA vznikne finální samoskladbou spojením sousedních šablon DNA.
Dalšími cílem výzkumu je vytvoření polí, která budou více hierarchická, s předdefinovanou strukturou na mnoha různých délkových škálách.
Hlavními autory článku, který byl publikován v Science Advances, jsou postdoktorandi MITu Chi Chen a Xin Luo.
Chi Chen et al, Ultrafast Dense DNA Functionalization of Quantum Dots and Rods for Scalable 2D Array Fabrication with Nanoscale Precision, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh8508. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8508
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / Phys.org
