نانو ساختارهای فعال نوری، انقلابی در تولید متامواد

محققان دانشگاه نورث وسترن برای اولین‌بار گروه کاملا جدیدی از مواد و ابزارهای نوری ساخته‌اند که می‌تواند به انحراف نور و ساخت ابزارهای نامرئی کننده کمک کند.

متامواد یا فراماده (متامتریال – Metamaterial) به ماده مرکبی گفته می‌شود که دارای خواص نامتعارف الکترومغناطیس در ساختار وجودی خود است. آنچه این مواد را غیر معمول کرده است، خاصیت ضریب شکست منفی نور در آنها است، به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی منکسر می‌کنند. مواد الکترومغناطیس تشکیل دهنده آنها می‌تواند با دستکاری مختصر و دقیق ساختارشان «تنظیم» نیز بشود.

متامواد یا فرامواد چیست؟

در ابتدا باید دانست که فرامواد چیست ولی می توان گفت که هیچ تعریف مشخصی برای آن وجود ندارد ولی در کل می توان آن را به این صورت تعریف کرد که، آنها موادی هستند که دارای خواصی همانند مواد طبیعی یافت شده نیستند ( معمولا εوµ متفاوت از مواد طبیعی).

در خصوص آنها باید دانست که:

آنها معمولا از مواد طبیعی درست شده اند و هیچ ماده خاصی نیستند. پس می توان از ترکیب دو ماده با خواص A,B به موادی با خواص C,D,E,F رسید.

معمولا در فرکانس های ماکروویو می توان از ساختاری تشکیل شده از دای الکتریک + فلز کمک گرفت.

در این مواد، قوانین فیزیک نقض نخواهد شد برای مثال قانون اسنل همواره در این مواد برقرار است.

 

گروهی جدید از مواد و ابزارهای نوری برای انحراف نور و ساخت ابزارهای نامرئی کننده

به نقل از ساینس‌دیلی، در این روش از DNA به عنوان یک ابزارکلیدی استفاده شده است. این گروه مطالعاتی، نانو ذرات طلا را با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف به دام انداخته و آن‌ها را در دو و سه بعد مرتب کرده‌اند تا سوپرلاتیک یا ابرشبکه‌های فعال نوری بسازند. با انتخاب نوع ذرات و الگو و توالی DNA، می‌توان این ساختارها را طوری برنامه‌ریزی کرد تا تقریبا هر نوری از طیف مریی را نمایش دهند.

حسگر لیزری جدید برای تشخیص مواد منفجره و گازهای خطرناک

چاد، آ. میرکین، استاد شیمی دانشکده هنر و علوم وینبرگ دانشگاه نورث‌وسترن می‌گوید: ما روش جدیدی برای کنترل دقیق سازه‌های معماری نوین پیدا کرده‌ایم.

وی ادامه می‌دهد: با این روش شیمیدان‌ها و فیزیکدان‌ها می‌توانند بی‌شمار ساختار جدید با هر نوع خاصیت دلخواه بسازند. این ساختارها با هیچ‌یک از روش‌هایی که پیش از این شناخته شده قابل ساخت نیست.

این روش از ترکیب یک روش ساخت قدیمی به نام لیتوگرافی بالا به پایین -که برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری به کار می رود- با خاصیت خود مونتاژی مولکول DNA که به خوبی قابل برنامه‌ریزی است، تشکیل شده است. ترکیب این دو روش به محققان امکان داد هر یک از ذرات را در سه‌بعد کنترل کنند.

از این روش می‌توان برای ساخت متامواد استفاده کرد. متامواد در طبیعت یافت نمی‌شوند و کاربردهای زیادی دارند از جمله ساخت سنسور برای مصارف پزشکی و زیست‌محیطی.

محققان برای معرفی ابرشبکه‌های نانوذره‌ای که طول موج خاصی از نور مرئی را جذب می‌کنند از ترکیب شبیه‌سازی‌های عددی و روش‌های اسپکتروسکپی نوری استفاده کردند. نانو ذرات طلا همراه با مولکول DNA بر روی قالب‌هایی قرار داده شد که از DNA مکمل ساخته شده و الگوی آن‌ها از پیش مشخص بود. آن‌ها توانستند با معرفی دومین و سومین لایه ذرات DNA دستکاری شده که مکمل لایه‌های قبلی بود، ساختارهای بسیار متنوعی بسازند.

این مواد علاوه بر اینکه ساختار بسیار غیرعادی دارند، به محرک‌ها حساس هستند. وقتی زنجیره‌های DNA که این ساختار را کنار هم نگه می‌دارند در معرض محیط جدید قرار می‌گیرند -مثلا محلول اتانول با غلظت‌های مختلف- طول‌شان تغییر می‌کند. تغییر در طول رشته DNA منجر به تغییر رنگ از سیاه به قرمز و سبز می‌شود و تونالیته فوق‌العاده‌ای از خواص نوری ارائه می‌دهد.

نرم افزار اندروید دستیار شیمیست نسخه ۱۰٫۰٫۲ منتشر شد

آیدین، استادیار مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه مک کورمیک می‌گوید: تغییر خواص نوری در متامواد یک چالش مهم است و ما در این مطالعه به یکی از بالاترین طیف‌های تونالیته دست پیدا کرده‌ایم.

وی ادامه می‌دهد: این متاماده جدید که با کنترل دقیق شکل، اندازه و فضای بین نانو ذرات به دست آمده می‌تواند در آینده نویدبخش تولید نسل جدید متامواد و متاسطوح باشد.

محققان در این مطالعه راه جدیدی برای سازماندهی نانو ذرات در دو و سه بعد ارائه کرده‌اند. آن‌ها با روش‌های لیتوگرافی سوراخ‌های بسیار ریزی در حد یک نانوذره در پلیمر حفر و معابری ایجاد کردند. بعد نانو ذراتی که با زنجیره‌های DNA دست‌کاری شده بود را روی این معابر قرار دادند. این معابر نقش مهمی دارند چرا که ساختاری که دارد به طور عمودی رشد می‌کند را نگه می‌دارند.

توالی خاصی از DNA روی معابر ایجاد می‌شود که مکمل همان DNA است که بر روی نانوذارت طلا جانمایی شده است. با جابه‌جایی نانو ذرات حامل DNA مکمل، محققان می‌توانند دسته‌های متشکل از نانو ذرات بسازند که می‌توان موقعیت‌شان را با دقت بسیار زیادی کنترل کرد. ذرات می‌توانند اندازه و شکل‌های مختلفی داشته باشند.

میرکین، مدیر موسسه بین‌المللی نانوتکنولوژی دانشگاه نورث وسترن می‌گوید: از این روش برای ساخت شبکه‌های متناوب متشکل از ذراتی که از نظر نوری فعال هستند استفاده می‌شود مثل طلا، نقره و هر ماده دیگری که بتوان آن را با DNA دست‌کاری کرد. این کار با دقت فوق‌العاده در مقیاس نانو صورت می‌گیرد.

مقالات مرتبط

پاسخ‌ها

quis, felis Curabitur commodo Praesent elit. ipsum nec ut dolor dictum mattis