پژوهشگران در آمریکا روش نانوساخت جدیدی ابداع کرده اند که می تواند الگوهای پیچیده دوبعدی با تقارن های دورانی بسیار بالا تولید کند. تاکنون تنها ساختارهای تکراری فضایی –که تقارن دورانی 6 باره یا کمتر دارند- با استفاده از روش های فوتولیتوگرافی صنعتی قابل ساخت بودند.
نانولیتوگرافی ماره دوگانه روشی است که می تواند الگوهایی با تقارن های دورانی تا 36 بار تولید کند – تقارنی که اصلا در طبیعت مشاهده نمی شود. چنین تقارن های دورانی بالایی می تواند برای بازه وسیعی از کاربردها استفاده شود؛ از ساخت بلورهای فوتونیکی گرفته تا افزایش کاربرد دستگاه های فوتوولتائی.
تا دهه 1980، اکثر پژوهشگران فکر می کردند که نظم بلندبرد در سامانه های فیزیکی بدون تکرار فضایی غیرممکن است. آن ها باور داشتند که اتم ها درون بلورهایی با الگوهای متقارن جمع شده و به شکل تکراری بارها تکرار می شوند و این تکرار برای به دست آوردن بلور ضروری بود. شبه بلورها اوضاع را تغییر می دهند در 1984 دانیل شکتمان[1] از موسسه فناوری تکیون مواد شبه بلوری را کشف کرد که منظم بودند اما ساختارهای تناوبی نبودند. شکتمان کشف خود را در حال مطالعه نمونه هایی از آلیاژ آلومینیوم-منگنز انجام داد و فهمید که اتم ها در این بلورها در الگوی بیست وجهی بسته بندی شده اند. این الگو قابل تکرار نیست اما تقارن دورانی 10 باره دارد. سامانه ای ای گفته می شود که دارای تقارن دورانی n باره است، اگر بعد از چرخش 360/n درجه دارای همان شکل باشد. بنابراین نمونه ای با تقارن دورانی 10 باره بعد از 360/10=36 درجه چرخش بدون تغییر باقی می ماند. قبل از کشف شکتمان، سامانه دو بعدی منظمی تصور می شد که تقارن های دورانی 1، 2، 3، 4 یا 6 باره دارد و تمام حالت های دیگر بر اساس قوانین بلورشناسی ممنوع هستند. از 1984، دانشمندان صدها شبه بلور متفاوت کشف کرده اند –بعضی از آن ها ویژگی های مورد علاقه فناوری دارند- و شکتمان نوبل شیمی 2011 را دریافت کرد. تقارن دورانی 36-باره اکنونی گروهی به سرپرستی تری اودوم[2] در دانشگاه نورث وسترن نانوساختارهای شبه بلوری دوبعدی ساخته اند که با استفاده از فن نانولیتوگرافی، تقارن دورانی 36-باره دارد. الگوهای ماره مدت مدیدی است که شناخته شده و می توان با قرار دادن دو طرح دقیق روی یکدیگر و چرخش آن یکی بر روی دیگری، به طرح جدیدی رسید. وقتی به چرخش ادامه دهید الگوها مرتبا تغییر می کنند. نانولیتوگرافی ماره بر تداخل دو الگوی تکرارشونده تکیه دارد که این الگوها در یک زاویه خاص همپوشی دارند. الگوهای تناوبی دوبعدی را می توان در نواحی وسیع به صورت فوتولیتوگرافی ساخت اما این طرح ها مثل شبکه شش ضلعی، تقارن دورانی 6-باره دارند. دیگر شبه بلورهای با تقارن دورانی بالا در سال های اخیر محبوب شده اند(شناخته شده ترین و بیشترین آن ها 12-باره بودند)، اما این طرح ها را باید با روش های لیتوگرافی سریال(مثل متمرکز کردن پرتو یون و لیتوگرافی الکترون) پیدا کرد ؛ این روش ها زمانبر و گران هستند. نوردهی ماره اودوم می گوید:«ما با استفاده از دو(یا تعداد بیشتری) نوردهی کشپارهای پلی دی متیل سیلوکسین(PDMS) موفق به ساخت نانوالگوهایی با تقارن دروانی بالاتر از شبه بلورهای پیشتر کشف شده شدیم. به این خاطر که ابتدا الگوها را در فوتورسیست می سازیم، می توانیم الگوهای ماره را به طیف وسیعی از مواد(مثل سیلیکون و فلزات) منتقل کنیم. می توانیم به سادگی با استفاده از این ساختارها، بازتاب دهنده ها یا الکترودهای چندجهتی بسازیم.»
یکی از زمینه هایی که چنین نانوالگوی ماره با تقارن بالا می تواند موثر واقع شود، فوتوولتاییک است. به خاطر تقارن دورانی بالا، این الگوها می توانند نور را در همه جهات با بازدهی تقریبا یکسان به دام بیندازند. این کار می تواند برای ساخت صفحات خورشیدی به کار برد که دیگر نیاز به دنبال کردن مکان خورشید در طی روز ندارند. و این همه کاربردهای این روش نیست؛ زیرا فاصله ها در این شبکه بسیار متقارن دورانی از مرتبه طول موج نور مریی(حول و حوش 500 نانومتر) هستند. این الگوها به طور بالقوه جریان نور را افزایش می دهند. اودوم می افزاید:«باری مثال، در حال حاضر داریم این الگوها را به زیرلایه های فلزی منتقل می کنیم که می توانند با موج های پلاسمونی سطحی، نور را متمرکز و کند کنند. ما به دنبال این هستیم تا دریابیم که چگونه آرایه ای از نانوسوراخ ها می توانند با استفاده از این روش در صفحات فلزی، نور را با انرژی های خاص در محدوده اپتیکی عبور دهند.» منبع: Complex quasicrystals created using new nanofabrication technique, Physicsworld.com, Sep 6, 2012, link
نانولیتوگرافی ماره دوگانه روشی است که می تواند الگوهایی با تقارن های دورانی تا 36 بار تولید کند – تقارنی که اصلا در طبیعت مشاهده نمی شود. چنین تقارن های دورانی بالایی می تواند برای بازه وسیعی از کاربردها استفاده شود؛ از ساخت بلورهای فوتونیکی گرفته تا افزایش کاربرد دستگاه های فوتوولتائی.