به گزارش ایسنا، پژوهشگران «دانشگاه کرنل»(Cornell University) روشی را برای تبدیل ذرات نیمه‌رسانا به مواد «دست‌سان» یا «کایرال»(Chiral) ابداع کرده‌اند که ساختارهای پیچیده‌ای را با کنترل قطبش نور تولید می‌کنند. این مواد می‌توانند کاربردهای بالقوه‌ای را در نمایشگرها، حسگرها و دستگاه‌های ارتباطی نوری داشته باشند که بر کنترل قطبش نور متکی هستند.

به نقل از آزو نانو، مواد کایرال با توانایی خود در چرخش نور قطبش‌شده متمایز می‌شوند. یک روش برای دستیابی به این اثر، «جفت اکسیتون»(Exciton Coupling) است که در آن نور نانومواد را تحریک می‌کند و اکسیتون‌هایی را با قابلیت تعامل و تبادل انرژی تشکیل می‌دهد. به طور سنتی، مواد کایرال همراه با اکسیتون مبتنی بر مولکول‌های آلی کربن هستند. کنترل دقیق تعامل نانومواد، ایجاد چنین موادی را با استفاده از نیمه‌رساناهای معدنی که پایداری بیشتر و ویژگی‌های نوری قابل تنظیم ارائه می‌دهند، چالش‌برانگیز کرده است.

«ریچارد رابینسون»(Richard Robinson)، دانشیار علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کرنل و همکارانش برای مقابله با این چالش از نانوذراتی استفاده کردند که از ترکیبات نیمه‌رسانا مبتنی بر کادمیوم تشکیل شده‌اند و آنها را «خوشه‌هایی در اندازه جادویی» نامیدند.

بر خلاف نانوذرات معمولی که تغییرات مداوم را در اندازه نشان می‌دهند، خوشه‌های جادویی فقط در اندازه‌های مجزا و یکنواخت وجود دارند. پژوهش‌های پیشین گروه رابینسون نشان داده بودند که وقتی این نانوخوشه‌ها به لایه‌های نازک تبدیل می‌شوند، دورنگی دایره‌ای را به نمایش می‌گذارند که یک ویژگی کلیدی دست‌سانی است.

رابینسون گفت: دورنگی دایره‌ای به این معناست که مواد، نور قطبش‌شده دایره‌ای ساطع‌شده از جهت‌های چپ و راست را به طور متفاوت جذب می‌کنند. ما دریافتیم که با بررسی دقیق هندسه خشک شدن لایه می‌توانیم ساختار و دست‌سانی آن را کنترل کنیم. ما این را فرصتی دیدیم تا ویژگی را که معمولا در مواد آلی یافت می‌شود، به دنیای ترکیبات معدنی بیاوریم.

پژوهشگران با استفاده از تبخیر هدایت‌شده، مجموعه‌هایی را از نانوخوشه‌ خطی القا کردند تا در ساختارهای مارپیچ شکل بگیرند و مواد کایرال را در اندازه چندین میلی‌متر مربع تشکیل دهند. لایه‌های به‌دست‌آمده، قدرت تعامل نور و ماده را تقریبا دو برابر بیشتر از آنچه پیشتر برای مواد نیمه‌رسانای معدنی ثبت شده بود، نشان دادند.

«توماس اوگراس»(Thomas Ugras)، سرپرست این پژوهش گفت: من درباره تطبیق‌پذیری این روش هیجان‌زده هستم که با ترکیبات موجود در نانوخوشه‌های گوناگون کار می‌کند و به ما امکان می‌دهد تا لایه‌ها را طوری تنظیم کنیم که با نور تعامل داشته باشند.

یافته‌های این پژوهش، کاربردهای بالقوه‌ای را در نمایشگرهای سه‌بعدی هولوگرافیک، محاسبات کوانتومی در دمای اتاق، دستگاه‌های الکترونیکی کم‌مصرف و پایش غیر تهاجمی قند خون دارند. این پژوهش، اطلاعاتی را درباره شکل‌گیری طبیعی ساختارهای کایرال مانند DNA ارائه می‌دهد که می‌توانند به پژوهش‌های آینده درباره سیستم‌های بیولوژیکی و نانوفناوری کمک کنند.

رابینسون گفت: ما می‌خواهیم بفهمیم که چگونه عواملی مانند اندازه خوشه، ترکیب، جهت‌گیری و مجاورت بر رفتار مواد کایرال تأثیر می‌گذارند. این یک علم پیچیده است، اما نشان دادن آن در سه سیستم متفاوت از مواد به ما می‌گوید چیزهای زیادی برای کاوش وجود دارد و روزنه‌های جدیدی را برای پژوهش‌ و کاربرد این مواد باز می‌کند.

به گفته رابینسون، پژوهش‌های آینده بر گسترش این روش به مواد دیگر مانند نقاط کوانتومی و نانوپلاکت‌ها و بهبود آن برای فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ با کمک لایه‌های نازکی از مواد نیمه‌رسانا متمرکز خواهند شد.

این پژوهش در مجله «Science» به چاپ رسید.

انتهای پیام