Kvantne šipke za bolje VR uređaje

Televizori s ravnim ekranom koji sadrže kvantne točke sada su komercijalno dostupni, ali je za komercijalne uređaje bilo teže stvoriti nizove njihovih izduženih rođaka, kvantnih šipki koje mogu kontrolirati i polarizaciju i boju svjetlosti, kako bi generirale 3D slike za uređaje virtualne stvarnosti.

Koristeći "skele" napravljene od presavijene DNK, istraživači MIT-a došli su do novog načina za precizno sastavljanje nizova kvantnih štapića. Postavljanjem kvantnih štapića na DNK skelu na visoko kontroliran način, istraživači mogu regulirati njihovu orijentaciju, što je ključni faktor u određivanju polarizacije svjetlosti koju emitira niz. To olakšava dodavanje dubine i dimenzionalnosti virtualnoj sceni.

"Jedan od izazova s ​​kvantnim štapićima je kako ih sve poravnati na nanoskali tako da sve pokazuju u istom smjeru", kaže Mark Bathe, profesor biološkog inženjerstva s MIT-a i stariji autor nove studije. "Kada su svi usmjereni u istom smjeru na 2D površini, tada svi imaju ista svojstva interakcije sa svjetlom i kontrole njegove polarizacije."

Tijekom proteklih 15 godina, Bathe i drugi predvodili su u dizajnu i izradi nanostruktura napravljenih od DNK, također poznatih kao DNK origami. DNK, vrlo stabilna molekula koja se može programirati, idealan je građevinski materijal za sićušne strukture koje bi se mogle koristiti za različite primjene, uključujući isporuku lijekova, djelovanje kao biosenzori ili formiranje skela za materijale koji skupljaju svjetlost.

Batheov laboratorij je razvio računalne metode koje istraživačima omogućuju da jednostavno unesu ciljni oblik koji žele stvoriti, a program će izračunati sekvence DNK koje će se same sastaviti u pravi oblik. Također su razvili skalabilne metode izrade koje u materijale temeljene na DNK uključuju kvantne točke.

Istraživači su osmislili način za pričvršćivanje kvantnih šipki na DNK origami strukture u obliku dijamanta, koje se mogu izgraditi u odgovarajućoj veličini da zadrže tu udaljenost. Te se strukture DNK zatim pričvršćuju na površinu, gdje se spajaju poput dijelova slagalice.

"Kvantne šipke stoje na origamiju u istom smjeru, tako da sada imate uzorke svih tih kvantnih šipki kroz samosastavljanje na 2D površinama, a to možete učiniti na mikronskoj skali potrebnoj za različite primjene kao što su microLEDovi", kaže Bathe. "Možete ih usmjeriti u određenim smjerovima koji se mogu kontrolirati i držati ih dobro razdvojenima jer su origami pakirani i prirodno pristaju zajedno, kao što bi to činili dijelovi slagalice."

Kao prvi korak u djelovanju ovog pristupa, istraživači su morali osmisliti način za pričvršćivanje DNK niti na kvantne šipke. Da bi to učinio, tim je razvio proces koji uključuje emulgiranje DNK u smjesu s kvantnim štapićima, zatim brzu dehidraciju smjese, što omogućuje molekulama DNK da stvore gusti sloj na površini štapića.

Ovaj proces traje samo nekoliko minuta, mnogo brže od bilo koje postojeće metode za pričvršćivanje DNK na čestice u nanoskali, što bi moglo biti ključno za omogućavanje komercijalne primjene. 

Ove DNK niti se tada ponašaju kao čičak, pomažući kvantnim štapićima da se zalijepe za DNK origami predložak, koji tvori tanki film koji oblaže silikatnu površinu. Ovaj tanki film DNK najprije se formira samosastavljanjem spajanjem susjednih predložaka DNK preko niti koje se nadvijaju duž njihovih rubova.

Istraživači se sada nadaju da će stvoriti površine u obliku wafera s urezanim uzorcima, što bi im moglo omogućiti skaliranje dizajna na rasporede kvantnih šipki na razini uređaja za brojne primjene, izvan microLED-a ili proširene i virtualne stvarnosti.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Science Advances možete pronaći na ovoj poveznici.