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科學(xué)家利用DNA制作出的超材料，可大幅調(diào)節(jié)光子傳播性質(zhì)

2018-01-24 11:27

光學(xué)性質(zhì)是超材料最為重要的一種性質(zhì)。光學(xué)超材料是傳輸光線的材料，這些材料以折射、反射和透射的方式，改變光線的方向、強度和位相，使光線按預(yù)定要求和路徑傳輸，也可吸收或透過一定波長范圍的光線而改變光線的光譜成分。

目前已有的研究中，光學(xué)超材料多采用玻璃、晶體、塑料等作為結(jié)構(gòu)制作原型，與傳統(tǒng)不同的是，西北大學(xué)的研究人員利用DNA鏈開發(fā)了一種新型的光納米粒子，并通過一定的結(jié)構(gòu)編排使其形成超晶格結(jié)構(gòu)，以用于醫(yī)療傳感器等后期設(shè)備的開發(fā)。

為了研制這種新的材料和結(jié)構(gòu)，研究人員將光刻技術(shù)和DNA驅(qū)動技術(shù)結(jié)合在了一起，首先，他們利用光刻技術(shù)在聚合物抗蝕劑上鉆出一納米寬的小孔，作為納米顆粒落入的著落墊（其中這些顆粒是經(jīng)過DNA鏈的作用），當?shù)诙䝼€或第三個顆粒落在頂部時，它們會結(jié)合在一起，并保持垂直堆疊的狀態(tài)。

隨后，研究團隊用黃金納米粒子對上述結(jié)構(gòu)進行涂層，從而形成超晶格結(jié)構(gòu)。

讓人驚奇的是，當他們將材料放置在不同濃度的乙醇溶液中時，他們發(fā)現(xiàn)DNA鏈會自動改變長度，從而改變材料的顏色（如從黑變?yōu)榧t，再變?yōu)榫G色）。

對此，Koray Aydin表示：“開發(fā)超材料的光學(xué)性質(zhì)是一個重大的挑戰(zhàn)，我們的方法使光學(xué)材料達到了現(xiàn)有最高的可調(diào)諧范圍。”

超材料的性質(zhì)主要取決于材料的結(jié)構(gòu)，所以科學(xué)家們預(yù)計，他們可以通過調(diào)節(jié)顆粒的尺寸、形狀和類型來設(shè)計出具備幾乎所有光學(xué)性質(zhì)的超材料。

“我們提出的這一材料平臺，對下一代光學(xué)超材料和表面元件具有重要的意義。”

值得一提的是，超材料作為新材料的一種，它具有非常廣闊的應(yīng)用前景，比如現(xiàn)在可以預(yù)見的完全光子帶隙、隱形斗篷和3D顯示技術(shù)等應(yīng)用場景。在我國，深圳光啟就是一家專門做超材料的上市公司。