Ученые из Сколтеха вместе с коллегами из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (Германия), Нанкинского университета (Китай) и Национального института материаловедения (Япония) разработали метод для прецизионной функционализации двумерных полупроводников органическими молекулами. В основе подхода — ДНК-оригами: метод молекулярной самосборки наноструктур из ДНК, которые несут молекулы органических красителей. ДНК-оригами позиционируются на чипах, затем перекрываются слоем двумерного полупроводника. Результаты опубликованы в журнале Small Methods.
Атомарно тонкие полупроводниковые материалы (например, дисульфид молибдена), вдохновленные графеном, позволяют создавать более миниатюрные и эффективные электронные и оптические устройства по сравнению с традиционными полупроводниками вроде кремния. Однако при работе с такими материалами на наноуровне возникают сложности — современные технологии не обеспечивают необходимой точности для формирования строго определенных паттернов функциональных каналов на двумерном материале. Существующие методы либо не позволяют достичь нанометровой точности при внесении дефектов в структуру материала, либо не дают возможности четко контролировать расположение органических молекул при их нанесении на монослой полупроводника.
Предложенный метод решает эту проблему за счет молекулярной самосборки. Исследователи создают ДНК-оригами размером около 100 нанометров, размещают на них красители и переносят эти структуры на чип. Затем конструкцию перекрывают монослоем дисульфида молибдена. В результате получается гибридный материал, где расположение каждой молекулы известно заранее.
Эксперименты показали, что между красителями и полупроводником возникает резонансный перенос энергии. Это означает, что возбужденные состояния в материале можно локально усиливать и подавлять. На картах фотолюминесценции такие зоны хорошо видны — излучение меняется именно там, где размещены ДНК-структуры.
Фактически ученые получили инструмент для точного «настройки» энергетических свойств двумерных материалов. В перспективе этот подход может использоваться при создании наноэлектронных и нанофотонных устройств — от чувствительных световых детекторов до элементов оптических вычислительных систем и платформ для квантовых симуляций.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в Шанхае запустят производство инновационных чипов из двумерных материалов.
