Yüzey Kristallerini Analiz Etmek İçin Yeni Yöntem Keşfedildi

Modern teknolojinin önemli bileşenlerinden olan mikroçip ve güneş pillerindeki silikon gibi malzemelerin üretilmesindeki önemli süreçlerden biri de atom ve moleküllerin kristalleştirilerek düzenli sıralar halinde yerleştirilmesidir. Katı yüzeylerde kristal oluşturulması gibi birçok alanda kullanılan kristalleştirme süreçleri olmasına rağmen, bu süreçlerin incelenmesi için verimli araç eksikliği yaşanıyor. 

MIT ve Draper Laboratuvarı’ndan bilim insanları, yüzeylerdeki kristallerin yeniden oluşturulmasını sağlayacak bir yöntem geliştirerek kristalleştirme süreçlerinin incelenmesi ve analiz edilmesini çok kolay hale getirdiler. 

Araştırmacılardan Robert Macfarlane, süreci gözlemek ve analiz etmek için gerçek atomlardan kristaller toplamak yerine bu sürecin anahtarı olacak “programlanabilir atom eşdeğerleri (PAE)” kullanımını öneriyor. Macfarlane’nin önerdiği yaklaşım, kristallerin incelenmesi ve analiz edilmesinde işe yarayabilir. Çünkü atomların kristal kafeslere dizilme biçimleri tamamen geometrik bir meseledir. Kristal kafeste bulunan bileşenlerin kimyasal veya elektronik özellikleri, bu süreci etkilemez.

Klasik yöntemler kristalleşmenin sadece sonucunu gösterirken, yeni yöntem süreci de gösteriyor

Bilim insanları, yaklaşımlarını kanıtlamak için genetik olarak tasarlanmış DNA’nın özel olarak seçilmiş iplikleri ile kaplanmış küresel tanecikli altın nano partikülleri kullandılar. Tek DNA zincirleri, çift sarmallar oluşturmak için kendilerine karşılık gelen zincire sıkıca tutunurlar. Bu nedenle konfigürasyonda partiküllerin tam olarak istenen şekilde hizalanması tek DNA iplikleri ile sağlanabilir. 

Robert Macfarlane, parçacığa çok fazla DNA iplikçiği yerleştirilmesi halinde çok daha fazla komşu ile bağ kuracağını söylüyor. Macfalane, uygun bir tasarım ortaya çıkarılır ve doğru bir şekilde oluşturulursa düzenli kristal yapılar oluşturulacağını söylüyor. 

Araştırmacılar sistemi, kristallerin bir yüzeyden başlayarak çekirdeklenip büyüyecekleri, parçacıklar arasındaki ve parçacıklar ile DNA kaplı yüzey arasındaki etkileşimi ayarlayacak şekilde boyutu, şekli ve yönünü belirleyecek şekilde tasarladılar. 

Ortaya çıkan kristal yapılar, gerçek atomik yapılardan 100 kat daha büyük oldu. Aynı zamanda gerçek atomik süreçlerden çok daha hızlı bir şekilde meydana geldiler. Atomların bu yolla hızlı bir şekilde kristalleşmesi, kristalleşme süreçlerinin çok daha hızlı bir şekilde analiz edilmesini sağlıyor. 

Benzer kristal yapıları analiz etmek için daha önce kullanılan yöntemler, yapının sadece son durumunu gösteriyordu. Geliştirilen yeni yöntem sayesinde oluşum sürecinin karmaşık yapısı da analiz edilebilir hale geldi. 

Araştırmacılardan Robert Macfarlane, geliştirdikleri sistemin çok etkili olduğunu söylüyor. Ancak DNA zincirlerinin çok pahalı olması sistemin kullanılmasını zorlaştırabilir. Araştırmacılar, bir sonraki adımda bu süreçteki malzemeleri çoğaltmak için umut vaat eden bazı polimer yapı blokları geliştirdiler. Ancak bu yapılar çok büyük ölçeklerde ucuz bir şekilde kullanılabiliyor.