Канадские ученые создали «световые антенны» – наноструктуры, способные поглощать световые волны определенной частоты и испускать их в заданном направлении, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Новая разработка поможет в создании квантовых компьютеров и более эффективных устройств оптической передачи информации.

Группа под руководством Шаны Келли (Shana Kelley) из университета Торонто опиралась на уже существующие в природе «световые антенны» – молекулы хлорофилла в листьях растений. Хлорофилл поглощает свет определенной частоты, его энергия затем передается в центры синтеза питательных веществ. Считается, что этот процесс происходит в результате квантовых взаимодействий между фотонами света и молекулами хлорофилла.

«Квантовые точки уже много лет привлекают нанотехнологов – это частицы полупроводников, которые могут очень эффективно поглощать и излучать свет на определенной частоте. Мы не знали, каким образом можно организовать более сложные структуры – комплексы – из квантовых точек различного типа. Наше исследование показало, что это возможно», – поясняет Келли.

Ученым удалось «собрать» световую антенну при помощи соединения фрагментов одноцепочечной ДНК, которые они покрывали наночастицами – нанокристаллами теллурида кадмия. Одиночные цепочки ДНК могут связываться только с соответствующими им другими фрагментами ДНК. Это позволило ученым собирать молекулы «световых антенн» со строго заданными свойствами и при этом сам процесс сборки не требовал никакого вмешательства с их стороны – молекулы ДНК связывались друг с другом автоматически.

«Как и обычные радиоантенны в мобильных телефонах и радиоприемниках, наши комплексные соединения захватывают рассеянную энергию и концентрируют ее в определенной точке. Подобно молекулам хлорофилла в листьях деревьев, наши "антенны» собирают энергию света", – объяснила Келли.

Исследователи полагают, что подобный метод сборки соединений из наночастиц можно применять для самых разных целей.

«Наша работа показывает, что предел манипулирования наноматериалами ограничен лишь нашим воображением. И если полупроводниковые квантовые точки можно признать псевдоатомами, то тогда нам удалось создать искусственные молекулы из этих универсальных строительных блоков», – заключают ученые.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Grigory Tikhomirov, Sjoerd Hoogland, P. E. Lee, Armin Fischer, Edward H. Sargent & Shana O. Kelley DNA-based programming of quantum dot valency, self-assembly and luminescence. – Nature Nanotechnology. – 2011. – doi:10.1038/nnano.2011.100; Published online 10 July 2011.