Взлом ДНК для создания полупроводниковых материалов
Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Колумбийского университета и Университета Стоуни-Брук разработали универсальный метод создания широкого спектра металлических и полупроводниковых 3D-наноструктур — потенциальных базовых материалов для полупроводниковых устройств следующего поколения. нейроморфные вычисления и передовые энергетические приложения. Новый метод, в котором используется «взломанная» форма ДНК, которая инструктирует молекулы организовываться в целевые трехмерные структуры, является первым в своем роде методом создания надежных наноструктур из нескольких классов материалов. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
«Мы используем ДНК для программирования наноразмерных материалов уже более десяти лет», — сказал автор-корреспондент Олег Ганг, профессор химической инженерии, прикладной физики и материаловедения в Columbia Engineering и руководитель группы мягких и бионаноматериалов в Центре. по функциональным наноматериалам (CFN). CFN — это пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США в Брукхейвенской лаборатории. «Теперь, опираясь на предыдущие достижения, мы разработали метод преобразования этих структур на основе ДНК во многие типы функциональных неорганических 3D-наноархитектур, и это открывает огромные возможности для 3D-нанопроизводства». Самосборка заложена в ДНК этой команды. CFN является лидером в исследовании самосборки — процесса, посредством которого молекулы самопроизвольно организуются. В частности, ученые из CFN являются экспертами в области сборки ДНК.
Исследователи программируют нити ДНК так, чтобы они «направляли» процесс самосборки к молекулярным структурам, которые приводят к появлению полезных свойств, таких как электропроводность, фоточувствительность и магнетизм. Затем эти структуры можно масштабировать до функциональных материалов. На сегодняшний день CFN использует сборку, управляемую ДНК, для производства переключаемых тонких пленок, 3D-наносверхпроводников и многого другого. «Мы продемонстрировали различные типы структур, которые можно организовать с помощью сборки, управляемой ДНК. Но чтобы вывести это исследование на новый уровень, мы не можем полагаться только на ДНК», — сказал Ганг. «Нам нужно было расширить наш метод, чтобы создавать более надежные структуры с более конкретными функциями для передовых технологий, таких как микроэлектроника и полупроводниковые устройства».
Недавно Ганг и его коллеги, в том числе несколько студентов, смогли вырастить диоксид кремния, окисленную форму кремния, на решетке ДНК. Добавление кремнезема создало гораздо более прочную структуру, но эта процедура не нашла широкого применения к различным материалам. Команде все еще требовались дальнейшие исследования для разработки метода, который мог бы эффективно производить металлические и полупроводниковые материалы. Чтобы разработать более универсальный метод создания 3D-наноструктур, исследователи из группы мягких и бионаноматериалов CFN сотрудничали с группой электронных наноматериалов Центра. «Отношения между различными исследовательскими группами в CFN очень плодотворны для всех», — сказал ведущий автор Аарон Майкельсон, научный сотрудник CFN, который начал это исследование, будучи аспирантом Колумбийского университета.
«Наши лаборатории биологии и мягкого вещества находятся рядом с лабораториями синтеза материалов, которые находятся рядом с лабораториями электронной микроскопии, так что это очень синергетические отношения. Культура CFN облегчает повторение исследований, и, кроме того, мы окружен всем передовым оборудованием, которое нам нужно». Ученые из группы электронных наноматериалов впервые разработали новую технику синтеза материалов, называемую инфильтрацией из паровой фазы. Этот метод связывает химическое вещество-прекурсор в форме пара с наноразмерной решеткой, проникая за пределы поверхности и глубоко в структуру материала. Применение этой техники на структурах из кремнезема, которые ранее построила команда Ганга, с использованием прекурсоров с металлическими элементами, позволило исследователям создавать трехмерные металлические структуры.
«Мы уже использовали эту технику для других применений, таких как улучшение материалов микроэлектроники или газоразделительных мембран для водорода, когда поняли, что ее можно применять для сборки, управляемой ДНК», — сказал соавтор Чанг-Йонг Нам, ученый из Группа электронных наноматериалов в CFN. Нам возглавляет исследовательскую программу по разработке методов парофазного инфильтрационного синтеза для микроэлектроники и энергетических технологий. «Это было очень интересно». Команда также экспериментировала с жидкофазной инфильтрацией — еще одним методом, который формирует химические связи на поверхности материала, за исключением жидкого предшественника. В этом случае команда связала соли различных металлов с кремнеземом, образовав множество металлических структур.
«Внедряя одноэлементные и многоэлементные покрытия с помощью методов инфильтрации в жидкой и паровой фазе, мы сохранили лежащую в основе решетку ДНК, в то же время позволяя создавать трехмерные неорганические наноструктуры», — сказал Ганг. Майкельсон добавил: «Еще один способ подумать о том, как мы построили эти конструкции, — сравнить это со строительством дома. Сначала вы строите кости — пиломатериалы в доме или кремнезем в этих материалах. Затем вы начинаете добавлять функциональные компоненты, такие как изоляция или металлические элементы». Разнообразие доступных функциональных компонентов, как для домов, так и для наноматериалов, огромно. Например, чтобы защитить дом от урагана, некоторым домам нужны окна, устойчивые к ураганам, а некоторым домам нужен приподнятый фундамент. Другим домам нужна комбинация таких уникальных функциональных компонентов, как эти, и то же самое верно и для наноматериалов. Итак, чтобы обеспечить производство самого широкого разнообразия функциональных наноструктур с помощью одного метода, команда решила объединить оба метода инфильтрации.
«Сочетание этих техник показало гораздо большую глубину контроля, чем когда-либо прежде», — сказал Майкельсон. «Любые пары, доступные в качестве прекурсоров для парофазной инфильтрации, могут быть объединены с различными солями металлов, совместимыми с жидкофазной инфильтрацией, для создания более сложных структур. Например, мы смогли объединить платину, алюминий и цинк поверх одной наноструктуры." Этот универсальный метод оказался чрезвычайно эффективным для создания 3D-наноструктур самых разных составов материалов — до такой степени, что удивил исследователей. Команда смогла создать 3D-наноструктуры, содержащие различные комбинации цинка, алюминия, меди, молибдена, вольфрама, индия, олова и платины. Это первая в своем роде демонстрация создания высокоструктурированных 3D-наноматериалов.
«Одна из самых удивительных вещей в этом эксперименте заключается в том, что мы смогли успешно произвести так много различных составов материалов наноструктур, используя идентичный протокол процесса, причем простым, воспроизводимым и надежным способом», — сказал Майкельсон. «Обычно для подобных исследований вам нужно потратить значительное количество времени только на один класс материалов, пытаясь заставить его работать изо дня в день. Тогда как здесь почти все, что мы пробовали, сработало быстро, и в какой-то момент нам просто пришлось прекратить производство структур, потому что мы хотели об этом написать». Чтобы доказать успех этого метода для каждой разработанной ими наноструктуры, вплоть до мельчайшего уровня детализации, исследователи использовали опыт и средства визуализации мирового класса в CFN и Национальном источнике синхротронного света II (NSLS-II). NSLS-II — это пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США в Брукхейвенской лаборатории, который производит сверхяркие рентгеновские лучи для освещения физического, химического и электронного состава образцов на атомном уровне.
«Мы не только создали все эти наноструктуры, но и полностью охарактеризовали каждую из них, чтобы попытаться понять и обработать их дальше», — сказал Майкельсон. «Изначально эти материалы могли существовать в каком-то промежуточном состоянии, которое мы могли бы в дальнейшем переработать до окончательного, более функционального и полезного состояния». Есть несколько свойств, необходимых для создания полезных материалов для таких технологий, как полупроводниковые устройства. Для этого исследования исследователи придали электропроводность и фотоактивность 3D-наноструктурам. Например, они начали с изоляционного материала, а затем, с помощью нового метода сборки, направленного на ДНК, который включает в себя два метода инфильтрации, они добавили полупроводниковые оксиды металлов, такие как оксид цинка, чтобы наноструктура могла унаследовать его электропроводность и фотолюминесценцию. Наконец, образцы всех своих конечных продуктов они доставили в центры визуализации в Брукхейвенской лаборатории, чтобы оценить их объемный состав.
В CFN команда использовала установку электронной микроскопии для получения изображений структур с высоким разрешением после инфильтрации в паровой фазе, инфильтрации в жидкой фазе и совмещения обоих методов — для каждого использованного прекурсора. Они использовали комбинацию трансмиссионных электронных микроскопов и сканирующих электронных микроскопов, которые генерируют изображения с наноразмерным разрешением, анализируя, как электроны отражаются или проходят через образцы соответственно. Эти методы позволили исследователям создавать живописные изображения своих наноструктур и отображать их химические структуры с высокой точностью и на небольших участках образцов. Чтобы получить трехмерное представление этой информации на больших площадях, команда использовала канал рассеяния сложных материалов (CMS) и канал жесткого рентгеновского нанозонда (HXN) в NSLS-II. CMS — это партнерская линия, которой совместно управляют NSLS-II и CFN. Там исследователи направили сверхяркие рентгеновские лучи NSLS-II на свои образцы, наблюдая, как рентгеновские лучи рассеиваются, чтобы сделать вывод о трехмерном расположении атомов наноструктур. Тем временем компания HXN предоставила прямые 3D-изображения как структур, так и их химических «карт».
Исследователи использовали передовой метод HXN — рентгеновскую нанотомографию, которая действует аналогично медицинской компьютерной томографии. Линия луча захватывает 180 2D-проекций образца, поворачивая его на один градус за раз. Затем компьютеры создают трехмерное изображение из серии проекций. Но в отличие от компьютерной томографии, HXN включает в себя нанозонд для захвата проекций с нанометровым разрешением. «Такие химические детали невозможно уловить другими методами или каким-либо другим оборудованием», — сказал соавтор Ханфэй Ян, ведущий научный сотрудник HXN. «И эта информация была очень важна для этого исследования из-за сложности наноструктур. Выявление распределения элементов помогло нам определить, был ли новый метод эффективным и полностью ли покрытия проникли в решетку». Майкельсон сказал: «HXN предоставил нам пространственное и элементное разрешение, которого мы не могли достичь больше нигде. HXN помог нам подтвердить, что эти покрытия не только присутствовали на поверхностях материала, но и фактически были объемными по отношению к образцу».
Ранее группа использовала этот метод для выявления трехмерной структуры решеток ДНК с разрешением одной частицы. Теперь этот метод позволил им выявить расположение металлических и полупроводниковых наноструктур глубоко внутри образца, что было важно для проверки точности и мощности их метода изготовления. Подтвердив успех своего нового метода, CFN теперь будет работать над его применением в более сложных исследованиях и предлагать его приглашенным ученым. В качестве пользовательского объекта CFN предоставляет свои возможности и опыт «пользователям» по всей стране и по всему миру. Помощь в пользовательских экспериментах не только предоставляет сторонним исследователям инструменты, к которым у них обычно нет доступа, но и открывает двери для нового сотрудничества и научных идей, которые в противном случае никогда бы не были реализованы.
«Мы разрабатываем эти материалы и методы, и это интересно для наших собственных программ в CFN, но мы также хотели бы, чтобы пользователи использовали эти методы для своих собственных исследований», — сказал Ганг. «Мы всегда стремимся расширять наши методы и привлекать новых исследователей к нашим разработкам. Мы хотим, чтобы наша работа принесла пользу более широкому научному сообществу, а не только лаборатории Брукхейвена». Экосистема опыта и возможностей CFN, которая принесла пользу этому исследованию, также является выгодой для пользователей, и CFN постоянно расширяет свои предложения и делает их более доступными. Например, ученые стремятся внедрить новый метод исследования в один из новейших инструментов Центра — робота, работающего с жидкостями. «Разработка этих методов и публикация статей — это лишь одна часть общей миссии CFN», — сказал соавтор Джейсон Кан, научный сотрудник группы мягких и бионаноматериалов CFN.
«Еще одна важная цель CFN — сделать нашу работу и оборудование более доступными, а это означает разработку стандартного протокола для пользователей, позволяющего синтезировать материалы с высокой производительностью. Мы хотим, чтобы пользователи могли прийти к нам и сказать: «Я хочу сделать этот материал такой толщины, структуры и состава, чтобы получить эти особые свойства». Внедрение обработчика жидкости облегчит этот протокол». CFN также изучает механические свойства наноматериалов, и материалы, подобные тем, которые разработаны в этой работе, обладают большим потенциалом для улучшения механических характеристик, как было недавно показано группой в другом исследовании. В целом, новый метод CFN для создания спроектированных, надежных и функционально настраиваемых 3D-наноструктур подготовил почву для прорывов в передовом производстве в небольших масштабах. Их работа может способствовать появлению разнообразных новых технологий и предоставит новые возможности для научных инициатив и пользователей в Брукхейвенской лаборатории.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

Агенты-уфологи опасаются, что их уволят из ФБР

Будущее секретного отдела ФБР остается неопределенным

Гёбекли-Тепе - затерянный храм древности

Грань между дипфейком и реальностью стёрта

Даже президенты США не могут разблокировать уфо-файлы

Дух обратился к сталкерам с откровенной фразой

Загадочная Венерианская скрижаль

Зарегистрировано 50 случаев наблюдения НЛО в Висконсине

ИИ OpenAI показал рекорд в 'Последнем экзамене человечества'

ИИ поднимает охоту на НЛО на новую высоту

Имплантат Маска позволяет управлять роботизированной рукой

Канадцы хотят проводить уфо-исследования

Наблюдение НЛО во время шествия в Браге

Неопознанный объект над военной базой вызвал споры об НЛО

НЛО Кэлвина могло быть не более чем оптической иллюзией

Новейшие ИИ нацелены на технологию НЛО

Нью-Джерси может стать лидером в области изучения НЛО

Огромный НЛО замечен в Кембриджшире

Пилот авиакомпании запечатлел черный треугольник

Потрясающие огни в Аргентине вызывают споры об НЛО

Приготовьтесь к межзвездному приключению

Пропитанный мифами странный пляж в Великобритании

Роль квантовой механики в фотосинтезе

Секретный самолет был пойман во время таинственного полета

Станет ли Робби Уильямс уфо-послом Великобритании

Станут ли исследователи НЛО следующими на пути Маска

Тайны ацтеков. Пирамиды, боги и наследие

Устранение пробелов для укрепления национальной безопасности

Уфологи из ФБР опасаются политического давления

Являются ли НЛО новым рубежом для японских законодателей

Атлантида располагалась на востоке Средиземного моря

Всплывают новые подробности о рабочей группе ФБР по НЛО

Голос дает представление о вашем психическом здоровье

Древняя раса Прямоносых

Загадка алхимической двери Рима

Загадочное послание конспиролога во власти

Захоронение вампира нашли в Хорватии

Землетрясение в Иране и секретное испытание атомной бомбы

Землетрясения на Марсе от метеоритов происходят глубже

ИИ Google будут использовать для оружия или слежки

ИИ и дроны трансформируют исследования инопланетян

Исследования загадочных куполов на Луне

Как различные эмоции воздействуют на наш организм

Калифорнийская волна НЛО захватывает умы

Метод отслеживания таинственных темных экситонов

Можно ли повлиять на продолжительность жизни

Небо от Нью-Джерси до Вирджинии наполнено НЛО

Некоторые из самых необычных встреч с инопланетянами

НЛО вызывают неистовство в небе Аргентины

Откровения об НЛО, прошлые жизни и метафизика

Охотники за НЛО из ФБР опасаются, что Трамп их уволит

Пилот запечатлел треугольный объект в небе Колумбии

Проект НЛО от Netflix выйдет в прокат в 2025 году

Революция в документалистике об НЛО

Ушмаль. Загадки древней цивилизации майя

Чистка Трампа затронет уфологов из ФБР

Что происходит непосредственно перед смертью

Что скрывается за таинственными НЛО в Нью-Джерси

Является ли передовая технология БПЛА современным НЛО

Японское увлечение НЛО

Преимущества обращения в центр реабилитации после инсульта

Белый карлик демонстрирует 19 режимов пульсации

ВМФ США испытывают лазерное оружие

Гравитационные волны - ключ к космической коммуникации

Как улучшить поиск гравитационных волн

Мы на пороге раскрытия секретов НЛО

НЛО замечен во время шествия в честь Святого Винсента

НЛО на Багамах ошеломило экспертов

Оперативная группа ФБР по НЛО выражает обеспокоенность

Описание ночного приземления НЛО в Польше

Особенности атмосферы WASP-121b бросают нашему пониманию

Откровения о тайных операциях правительства США

Охотник на Несси заметил горбатое существо

Первый прямой поиск светлой и темной материи

Пилот снял черный треугольный НЛО

Поиск внеземной жизни начался 30 лет назад

Поклонники НЛО становятся более активными в Японии

Полицейские управления готовятся к встрече с НЛО

Принятие суждений ИИ о моральных решениях

Разоблачения НЛО могут изменить наше представление о небе

Раскрыто существование неофициальной группы ФБР по НЛО

Редкий и загадочный космический взрыв

Секретная группа ФБР по НЛО может быть расформирована

Современные технологии изменяют охоту на НЛО

Странные особенности Марса вызваны гейзерами

Таинственный всплеск наблюдений НЛО в Нью-Джерси

У нового астероида есть шанс столкнуться с Землей

У ФБР есть секретный отдел по борьбе с НЛО

Устройство для обнаружения неуловимой темной материи

Уфологи из ФБР опасаются чисток

Что на самом деле освещает наше небо

Викинги были великанами

Воздушный шар мог бы исследовать Венеру бесконечно

Документы Трампа о НЛО могут изменить все

Загадка полигональной кладки. Стены Винапу

Загадка Сайхуитского монолита

Загадочное видео с НЛО разжигает во всем мире ажиотаж

Идеальный костюм для конспирологов

Искусственный интеллект вреден для окружающей среды

Как управлять космическим аппаратом НАСА

Маск поддержал исследование странной формации на Марсе

Материалы для поддержания жизни нашли на Бенну

Медитация и токсичная культура

Неужели мы на пороге открытия НЛО

Популярные у НЛО находятся в Северной Дакоте

Пора приступить к классификации экзопланетных систем

Посещения сверхсекретной Зоны 51

Потенциал Солнечной системы для возникновения жизни

Правда, стоящая за недавними наблюдениями НЛО

Приземление железного шара в России

Призрак бьёт стаканы в баре графства Саффолк

Проект НЛО от Netflix отправит вас в приключение

Раскрыта тайна НЛО в Ливерпуле

Самовосстанавливающиеся дороги становятся реальностью

Системы ИИ с неприемлемым риском запрещены в ЕС

Смогут ли США быстрее всех добраться до Марса

Странные наблюдения НЛО часто происходят в Гуаякиле

Треугольный НЛО освещает Гуаякиль

Фильм об НЛО, призванный поколебать убеждения зрителей

Человечество, возможно, создало инопланетян

Шокирующее наблюдение НЛО захватило Сакатекас

Где купить Айфон последней модели в Крыму

SPC-ламинат, что это и почему он завоевал популярность

Тренды в дизайне серег в 2025 году

Емкость рынка бьюти-услуг в ЮЗАО

Выбросы из черных дыр помогают им жить

Загадка молота из Айуда

Загадочные распадающиеся экзопланеты

Загадочный город майя в сердце джунглей

Известный астролог сверилась со своими картами

ИИ-модели OpenAI встанут на защиту безопасности США

Кольская сверхглубокая скважина и ее наследие

Майкрософт изучает воздействия ИИ

Наблюдения за НЛО в 2024 году. Новая глава

Насколько хорошо земная жизнь могла бы жить на экзопланетах

Неужели мы на пороге раскрытия НЛО

НЛО обнаружен в Кремниевой долине

Ночь, когда Австрию ошеломил желтый шар

Обнаружение НЛО на Багамах ошеломило экспертов

Огромный инопланетянин привел соцсети в бешенство

Отслеживание темных экситонов во времени и пространстве

Ошеломляющие заявления уфо-информаторов

Первый ИИ-класс без учителей вызвал бурю дискуссий

Потрясающая встреча стюардессы с НЛО над Багамами

Пророчества Гарабандала и их связь с концом Кали-Юга

Пылевые облака над поверхностью Луны очень опасны

Разоблачение феномена НЛО. Правда о недавних наблюдениях

Рассекречены материалы об убийстве Джона Кеннеди

Скрывает ли Трамп секреты НЛО

Тайна НЛО 2024 года, захватывающая Америку

Теории заговора. Розуэлл, Зона 51 и аэропорт Кеннеди

Уфолог раскритиковал руководство шотландского музея

Ученый потратила тысячи долларов на изучение НЛО

Число близнецов растет, несмотря на снижение рождаемости

Экзопланета потенциально способная поддерживать жизнь

Ангелы заглядывают в космические шаттлы

Джо Роган делится теорией заговора об убийстве Кеннеди

Загадочные наблюдения НЛО в Китае

Зеленый берет столкнулся с инопланетянином-богомолом

ИИ революционизирует исследования НЛО

ИИ теперь может воспроизводить сам себя

Крушение НЛО у вашего порога

Наблюдение НЛО ошеломило зрителей в Гуаякиле

Начали добывать кислород и ракетное топливо в космосе

НЛО движутся под водой со скоростью сотен миль в час

НЛО запускают систему предупреждения в самолетах

Новые технологии раскрывают тайну НЛО в Нью-Джерси

Новый астероид оказался родстером Маска

Новый фильм 'Небеса Арктики' обещает вас увлечь

Острова размером с континент, обнаружены внутри Земли

Паруса, которые доставят зонды к Альфе-Центавра

Проскользнуть сквозь щель между Вселенными

Разгадали американскую тайну 400-летней давности

Разгадка тайн НЛО с помощью ИИ-технологий

Рожденная в аквариуме акула ставит экспертов в тупик

Свидетели, файлы и аудиозаписи похищения в Паскагуле

Собирается ли Трамп раскрыть секреты НЛО

Стамбул стал новой точкой притяжения НЛО

Суперземля, на которой может существовать жизнь

Тела инопланетных мумии из Перу на 100% реальны

Технологии преображают наблюдения за НЛО

Треугольный НЛО, замеченный в Гуаякиле

Что на самом деле вызвало уфо-панику в Нью-Джерси

Что на самом деле скрывает правительство США

Экспедиции по поиску бигфута в Британской Колумбии

В Солнечной системе действует не только гравитация

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика