DNA Origami क्वांटम हल्के उत्सर्जक चिपवर 90% अचूकतेने ठेवतात

क्वांटम Photonics' प्लेसमेंट समस्या सोडवणे

व्यावहारिक क्वांटम photonic सर्किट बांधण्याचा एक मध्यवर्ती अडचण म्हणजे क्वांटम हल्के उत्सर्जक - लहान दोष किंवा nanocrystals जे वेळेवर एक फोटॉन उत्सर्जित करतात - आवश्यक अचूकतेने चिपवर ठेवणे जेणेकरून ते photonic waveguides आणि resonators शी विश्वसनीयपणे परस्पर क्रिया करू शकतात. संशोधकांनी आता DNA origami वापरून एक उपाय प्रदर्शित केला आहे: DNA ला कस्टम त्रिमितीय nanostructures मध्ये दुमडण्याची तंत्र जी निर्धारित स्थानांवर चिप पृष्ठभागावर अचूकपणे डॉक करू शकते.

परिणाम - DNA origami प्लेसमेंट वापरून क्वांटम उत्सर्जकांची 90 टक्के प्लेसमेंट अचूकता - मागील पद्धतींपेक्षा मोठी सुधारणा दर्शवते आणि प्रथमच मापनीय क्वांटम photonic उपकरण उत्पादन व्यवहारात आणते. हा संशोधन, जो आण्विक जीवशास्त्र, पदार्थ विज्ञान आणि क्वांटम ऑप्टिक्स एकत्र करतो, ते दर्शवते की पूर्णपणे भिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रांमधील साधने क्वांटम तंत्रज्ञानात प्रगती कशी अनलॉक करू शकतात जेव्हा पुरेशा दूरदर्शितेने लागू केली जातात.

DNA Origami काय करते

DNA origami DNA रसायनशास्त्राच्या पूर्वानुमानित बेस-जोडणी नियमांचा फायदा घेते जेणेकरून DNA चे लांब एकल किंवा दुमडावे कस्टम त्रिमितीय nanostructures मध्ये शेकडो लहान पूरक किंवा staples वापरून. परिणामी nanostructure नॅनोमीटर-स्तरीय अचूकतेने डिजाइन केली जाते, विशिष्ट बंधन साइट्स सह - मूलतः आण्विक डॉकिंग स्लॉट्स - जो DNA origami वापरून क्वांटम उत्सर्जकांच्या पृष्ठभाग रसायनशास्त्राशी मेल खाते जसे की हिरे nanocrystals किंवा colloidal क्वांटम डॉट्समधील nitrogen-vacancy केंद्रे.

चिप पृष्ठभाग निर्धारित स्थानांवर पूरक रासायनिक संशोधनांसह तयार केला जातो, विशिष्ट संलग्नन बिंदू तयार करते जेथे DNA origami संरचना, त्यांच्या क्वांटम उत्सर्जक मालोवर, प्राधान्यतः बांधतात. स्व-असेंबली प्रक्रिया - थर्मोडायनामिक्सद्वारा मार्गदर्शन केली जाते यांत्रिक पिक-आणि-प्लेस रोबोटिक तंत्रांऐवजी - प्लेसमेंट अचूकता साधते जी या स्केलवर पारंपरिक तंत्रे मिळवू शकत नाहीत.

90 टक्के सफलता

अचूक उत्सर्जक प्लेसमेंटचे मागील प्रयत्न विविध रासायनिक functionalization आणि lithographic पद्धती वापरून 30 ते 50 टक्के श्रेणीमध्ये उपज साधले, व्यावहारिक सर्किट जटिलता मर्यादित केली जी महसूल केली जाऊ शकती. 90 टक्के प्लेसमेंट अचूकतेवर उडी हा उपकरण उपजसाठी परिवर्तनकारी आहे - याचा अर्थ असा की डझन किंवा शेकडो उत्सर्जक साइट्स असलेल्या क्वांटम photonic सर्किट अनुकूल दोष दर असणे बांधल्या जाऊ शकतात, विचित्र दोष सुधारणेचा आवश्यक न पडता।

संशोधकांनी अनुकूलित DNA origami स्कॅफोल्ड डिजाइन, पृष्ठभाग रसायनशास्त्र जे गैर-विशिष्ट बंधन कमी करते, आणि deposition अटींचा संयोजन वापरून ही उपज सुधारणा साधली जी स्व-असेंबली प्रक्रियेला थर्मोडायनामिक अनुकूलतमकडे जाण्याची परवानगी देते. प्रत्येक पायरीच्या पद्धतशीर अनुकूलनामुळे एकूण उपज लाभांमध्ये वाढ घडली, असे सूचित करते की अतिरिक्त परिशोधनाद्वारे 95 टक्के किंवा उच्च अचूकता शक्य आहे.

क्वांटम Photonics अनुप्रयोग

मापनीय क्वांटम उत्सर्जक प्लेसमेंटद्वारा सक्षम अनुप्रयोग अनेक सक्रिय संशोधन सीमांपर्यंत विस्तारित होतात. क्वांटम संप्रेषण नेटवर्कांना एकल-फोटॉन स्रोत आवश्यक असतात जे मागणीनुसार entangled फोटॉन जोड्या तयार करू शकतात - स्रोत जे कोणत्याही व्यावहारिक नेटवर्क तैनातीसाठी चिप-स्तरीय प्लॅटफॉर्ममध्ये एकीकृत असणे आवश्यक आहे. Photonic क्वांटम संगणन आर्किटेक्चरला interferometric सर्किटच्या सापेक्ष अचूकपणे स्थान दिलेल्या indistinguishable एकल-फोटॉन उत्सर्जकांचे अरे आवश्यक आहे. क्वांटम सेंसर्स जे उत्सर्जकांच्या क्वांटम अवस्था वापरून चुंबकीय क्षेत्र, तापमान किंवा इतर भौतिक प्रमाण शोधतात त्यांना सेंसर भूमितीमध्ये पुनरावृत्तीने उत्सर्जक ठेवणे आवश्यक आहे.

या सर्व प्रकरणांमध्ये, अडचण ही आहे की पुरेशा अचूकता आणि उपजसह उत्सर्जक स्केलवर ठेवू शकत नाही. DNA origami पद्धति, जर लाबोरेटरी प्रदर्शनापासून वेफर-स्तरीय उत्पादन प्रक्रियांपर्यंत विस्तारित केली जाऊ शकते, अर्धचालक उत्पादन अवसंरचनेशी सुसंगत अशा पद्धतीने या अडचणीचे निराकरण करते - कोणत्याही क्वांटम photonic तंत्रज्ञानासाठी गंभीर व्यावहारिक आवश्यकता जी वाणिज्यिक तैनातीची आकांक्षा करते.

उत्पादनाचा मार्ग

संशोधकांनी तंत्र औद्योगिक-स्तरीय चिप उत्पादनमध्ये अनुवादित करण्यापूर्वी अनेक उर्वरित आव्हाने चिन्हांकित केली आहेत. DNA origami deposition सध्या जलीय द्रावण अटी आवश्यक आहे ज्या अर्धचालक चिप पृष्ठभाग किंवा यावर आधीच fabricated photonic संरचनांचे नुकसान टाळण्यासाठी काळजीपूर्वक व्यवस्थापित केली जाणे आवश्यक आहे. अनुवर्ती उत्पादन पायऱ्यांसाठी आवश्यक प्रक्रिया स्थितीतून DNA संरचनांची स्थिरता देखील सिद्ध केली जाणे आवश्यक आहे.

तथापि, पद्धतीची मूलभूत व्यवहार्यता आता अशा मार्गाने स्थापित केली गेली आहे जी पूर्वी अनिश्चित होती, आणि संशोधन समुदाय उर्वरित एकीकरण आव्हानांना पटवून देण्यासाठी द्रुतपणे पुढे जाईल. अर्धचालक फाउंड्रीजसह उद्योग भागीदारी कथित म्हणून आधीच अन्वेषण केली जात आहे जेणेकरून DNA origami-आधारित उत्सर्जक प्लेसमेंटचे समायोजन करण्यासाठी मानक प्रक्रिया प्रवाहांमध्ये कोणत्या बदलांची आवश्यकता आहे हे समजून घ्यावे.

हा लेख Interesting Engineering च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा..