跳动城乡网蝴蝶翅膀闪闪发光，色彩鲜艳，这并不是色素造成的。相反，光子晶体才是造成色彩变化的原因。它们的周期性纳米结构允许某些波长的光通过，同时反射其他波长的光。这使得原本透明的翅膀鳞片呈现出如此绚丽的色彩。
对于研究团队来说，自从35多年前理论家预测可见光波长的人造光子晶体的制造以来，它一直是一个重大挑战和动力。
“光子晶体具有广泛的应用范围。它们已被用来开发更高效的太阳能电池、创新光波导和量子通信材料。然而，它们的制造非常费力，”GregorPosnjak博士解释道。
这位物理学家是慕尼黑大学TimLiedl教授研究小组的博士后。利用DNA纳米技术，该团队开发了一种制造光子晶体的新方法。他们的研究结果现已发表在《科学》杂志上。
DNA链的钻石结构
与光刻技术相比，慕尼黑大学团队使用一种称为DNA折纸的方法来设计和合成构建块，然后将其自组装成特定的晶格结构。“众所周知，金刚石晶格理论上具有光子晶体的最佳几何形状。在金刚石中，每个碳原子都与其他四个碳原子结合。
“我们的挑战在于将钻石晶体的结构扩大500倍，以便构件之间的空间与光的波长相对应，”Liedl解释道。“我们通过用更大的构建块替换单个原子，将晶格的周期性增加到170纳米——在我们的例子中，是通过DNA折纸，”Posnjak说。
完美的分子折叠技术
听起来很神奇的东西实际上是Liedl集团的专长，该集团是DNA折纸和自组装领域世界领先的研究团队之一。为此，科学家们使用了一条长的环形DNA链(由约8,000个碱基组成)和一组200个短DNA钉书钉。
“后者控制较长的DNA链折叠成几乎任何形状——类似于折纸大师，他们将纸片折叠成复杂的物体。因此，夹子是确定DNA折纸物体如何组合形成的一种手段。所需的金刚石晶格，”慕尼黑大学博士后研究员说。
DNA折纸构件形成约10微米大小的晶体，将其沉积在基底上，然后传递给慕尼黑工业大学(TUM)沃尔特肖特基研究所的合作研究小组：由Ian教授领导的团队Sharp能够在DNA折纸晶体的所有表面上沉积单独的二氧化钛原子层。
“DNA折纸钻石晶格充当二氧化钛的支架，由于其高折射率，决定了晶格的光子特性。涂层后，我们的光子晶体不允许波长约为300纳米的紫外线照射穿过，而是反映它，”Posnjak解释道。反射光的波长可以通过二氧化钛层的厚度来控制。
DNA折纸可以促进光子学的发展
对于在透视 范围内工作的光子晶体，经典的光刻技术是合适的，但费力且昂贵。在可见光和紫外光的波长范围内，光刻方法迄今为止尚未取得成功。“因此，使用DNA折纸在水溶液中自组装的相对简单的制造工艺为经济高效地大批量生产所需尺寸的结构提供了一种强大的替代方案，”Liedl说。
他坚信，具有可化学寻址的大孔隙的独特结构将刺激进一步的研究，例如在能量收集和存储领域。
在同一期《科学》杂志上的另一篇文章中，由亚利桑那州立大学的Petr&on;ulc教授和慕尼黑工业大学领导的合作提出了一个从斑块胶体设计不同晶格的理论框架，并通过实验演示了利用DNA折纸构建块形成不同晶格的方法。烧绿石晶格，也有可能用于光子应用。
