نسل جدید آنتن‌ها و عدسی‌ها با نانومکعب‌های خودآرا

پژوهشگرانی از دانشگاه کالیفرنیا تکنیکی ابداع کرده‌اند که نانوبلورهای فلزی را قادر به خودآرایی به مواد پیچیده و بزرگ‌تر جهت استفاده در آنتن‌ها و عدسی‌های نسل جدید می‌کند. این نانوبلورهای فلزی دارای شکل مکعبی هستند و مانند آجر یا بلوک‌های خانه‌سازی، به‌طور خود به خودی خودشان را در ساختارهای بزرگ‌تر با جهت‌گیری‌های دقیق‌تر سازماندهی می‌کنند.

نانومهندسان تکنیکی را ابداع کرده‌اند که نانومکعب‌های نقره را قادر به خودآرایی به ساختارهای بزرگ‌تر برای استفاده در حسگرهای بیولوژیکی و شیمیایی نوری و مدارهای نوری می‌کند.

این پژوهش در علم جدید نانوپلاسمونیک واقع است که در آن پژوهشگران در حال ساخت موادی هستند که می‌توانند نور را با استفاده از ساختارهایی که از طول‌موج نور کوچک‌تر هستند، دستکاری کنند. نانومکعب‌های استفاده شده در این مطالعه کوچک‌تر از یک دهم میکرون هستند. جهت‌گیری دقیق این مکعب‌ها برای اینکه بتوانند نور را با طول‌موج‌های مختلف محبوس کنند (برای یک آنتن نانومقیاس) یا کانونی نمایند (برای یک عدسی نانومقیاس) ضروری است.

آندریا تائو، استاد دانشگاه کالیفرنیا، گفت: «یافته‌های ما می‌تواند مفاهیم مهمی در توسعه حسگرهای بیولوژیکی و شیمیایی نوری جدید، که در آنها نور با مولکول‌ها برهم‌کنش دارد، و نیز مدارهای نوری، که در آنها از نور برای تحویل اطلاعات استفاده می‌شود، دربرداشته باشد.»

گروه تائو برای ساخت اشیائی مانند آنتن و عدسی در حال استفاده از نانوبلورهای فلزی سنتز شده به روش شیمیایی است. این نانوبلورها می‌توانند در اشکال مختلف برای ساخت این اشیاء سنتز شوند؛ در این مطالعه، گروه تائو مکعب‌های ریزی از جنس نقره بلوری ساخته‌اند که می‌توانند نور را هنگامی که در گروه‌بندی‌های چندذره‌ای سازماندهی شوند، محبوس کنند. محبوس کردن نور در حجم‌های بسیار کوچک می‌تواند اجازه ساخت حسگرهای نوری را بدهد که فوق‌العاده حساس هستند و به دانشمندان اجازه پایش نحوه حرکت، برهم‌کنش و تغییرات زمانی یک مولکول واحد را می‌دهد.

تائو و همکارانش برای کنترل نحوه سازماندهی این مکعب‌ها روشی برای پیوند زنجیره‌های پلیمری به سطوح این مکعب‌های نقره‌ای ابداع کرده‌اند که نحوه برهم‌کنش معکب‌ها با همدیگر را تغییر می‌دهد. معمولا هنگامی که اشیاء مکعبی به هم فشرده می‌شوند به‌صورت پهلو- به- پهلو مانند بلوک‌های خانه‌سازی کنار هم قرار می‌گیرند. گروه تائو با شبیه‌سازی رایانه‌ای پیش‌بینی کرد که قرار دادن زنجیره‌های کوتاه پلیمری روی سطوح مکعب باعث می‌شود مکعب‌ها به این شکل معمول کنار هم قرار گیرند.

در حالیکه قرار دادن زنجیره‌های دراز موجب می‌شود به‌صورت ضلع- به- ضلع به هم متصل شوند. این رهیافت خیلی ساده، قوی و چندمنظوره است. این مهندسان برای بنمایش گذاشتن تکنیک‌شان فیلم‌های ماکروسکوپی از نانومکعب‌ها با این دو جهت‌گیری مختلف خلق کردند و نشان دادند که این فیلم‌ها طول‌موج‌های مختلفی از نور را عبور می‌دهند و منعکس می‌کنند.

این پژوهشگران جزئیات نتایج کارتحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.