加研制出新一代纳米捕光“天线”

2011-7-12 15:03 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网7月10日报道,加拿大科学家从植物的光合作用装置——捕光天线中汲取灵感,研制出了新一代纳米捕光“天线”,它能控制和引导从光中吸收的能量。相关研究发表于7月10日出版的《自然·纳米技术》杂志上。

  特殊的纳米材料“量子点”由美国耶鲁大学的物理学家提出,其往往是由砷化镓、硒化镉等半导体材料为核,外面包裹着另一种半导体材料而形成的微小颗粒。这些微小颗粒能高效地吸收特定波长的光,然后再以特定波长光子的形式释放出能量。

  该最新研究的领导者、多伦多大学的夏纳·凯利和该校电子与计算机工程系教授泰德·萨金特整合了其在DNA(脱氧核糖核酸)和半导体研究方面的先进成果,发明了一种通用方法,让某些类型的纳米粒子相互依附在一起,自我组装成最新的纳米天线复合物,并将这种由量子点自我组装而成的材料命名为“人造分子”。凯利解释道,如果半导体量子点是人造原子,那么,从理论上讲,我们可以使用这些功能多样的基本结构研制出各种人造分子。

  最新研究填补了“可以使用多种不同类型的纳米量子点构建出复合物”这项空白。加拿大纳米技术研究中心的主席萨金特解释道,最新研究取得成功,要归功于DNA,其非常“专一”,只愿依附于一个相配的序列上。萨金特说:“令人吃惊的是,我们的天线能自我组装而成——我们用筛选出来的特定DNA序列包裹不同类型的纳米粒子,将其整合在一起,随后,其就按照自然规律,自我组装成拥有特定属性的类似于分子的纳米粒子复合物。”

  传统天线能增加被吸收的电磁波,诸如无线电频率的数量,接着朝一个电路释放出能量。而最新的纳米天线则能增加被吸收光的数量,接着将光释放到该复合物内特定的位置上。在自然界中,制造光合作用的叶子的组成成分——光捕捉天线使用的也是同样原理。萨金特说:“与收音机和手机天线一样,新的复合物能捕捉各种能量并将其集中到我们需要的位置。像树叶中的捕光天线一样,新复合物也能捕捉太阳光中所包含的各种波长的光。”

  美国加州大学洛杉矶分校教授、加州国际纳米技术研究院院长保罗·维斯表示:“这是一项非常重要的研究,证明我们组装出拥有精确结构、特定属性、使用外部刺激能控制这种属性的纳米复合物的能力正在与日俱增。”