La tensione applicata crea una torsione nematica in cristalli liquidi (blu) attorno a un nanorod (rosso) tra due elettrodi in un esperimento alla Rice University. Questo grafico mostra i cristalli liquidi nella loro fase omogenea (a sinistra) e nella fase nematica ritorta (a destra). A seconda dell'orientamento dei nanorod, i cristalli liquidi riveleranno o maschereranno la luce quando viene applicata la tensione. (Credit Link Lab/Rice University)
(PhysOrg.com) -- Un gioco su scala nanometrica di "ora lo vedi, now you don't" può contribuire alla creazione di metamateriali con proprietà ottiche utili che possono essere controllate attivamente, secondo gli scienziati della Rice University.
Un laboratorio di Rice guidato dal chimico Stephan Link ha scoperto un modo per utilizzare i cristalli liquidi per controllare la luce diffusa dai nanotubi d'oro. I ricercatori usano la tensione per manipolare sensibilmente l'allineamento delle molecole di cristalli liquidi che alternativamente bloccano e rivelano la luce dalle particelle; i nanotubi d'oro raccolgono e ritrasmettono la luce in una direzione specifica.
La ricerca è stata riportata sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .
sembra semplice, ma Link ha affermato che la tecnica ha impiegato due anni per perfezionarsi al punto in cui la luce delle nanoparticelle poteva essere completamente controllata.
"La chiave del nostro approccio è la rotazione nel piano di molecole di cristalli liquidi che ricoprono i singoli nanotubi d'oro che fungono da antenne ottiche, " disse Link, un assistente professore di chimica e ingegneria elettrica e informatica. "Imparare come funzionano i nostri dispositivi è stato entusiasmante e ci ha fornito molte idee su come manipolare la luce su scala nanometrica".
Link ha detto che il dispositivo è in realtà una super piastra a mezza onda, una versione raffinata di un dispositivo standard che altera la polarizzazione della luce.
Con il nuovo dispositivo, il team si aspetta di essere in grado di controllare la luce da qualsiasi nanostruttura che si disperda, assorbe o emette luce, anche punti quantici o nanotubi di carbonio. "La luce deve solo essere polarizzata perché funzioni, " disse Link, che studia le proprietà plasmoniche delle nanoparticelle e recentemente ha scritto una prospettiva sulla recente ricerca del suo gruppo in plasmonica per il Journal of Physical Chemistry Letters. (Guarda un video di Link e del suo team qui.)
In luce polarizzata, come la luce del sole che si riflette sull'acqua, le onde della luce sono allineate su un piano particolare. Modificando la direzione del loro allineamento, i cristalli liquidi possono bloccare o filtrare la luce in modo sintonizzabile.
Le immagini polarizzate di diffusione del campo oscuro di singole nanobarre d'oro negli spazi tra gli elettrodi mostrano che sono accese o spente a seconda della tensione applicata a uno sciame di cristalli liquidi. Le frecce indicano la polarizzazione della luce rilevata, parallela (viola) o perpendicolare (verde) alla serie di elettrodi. (Credit Link Lab/Rice University)
Il team di Rice ha utilizzato nanotubi d'oro come fonte di luce polarizzata. Le aste fungono da antenne ottiche; quando illuminato, i loro plasmoni di superficie riemettono luce in una direzione specifica.
Nel loro esperimento, il team ha posizionato nanotubi depositati casualmente in una serie di elettrodi alternati su un vetrino; hanno aggiunto un bagno di cristalli liquidi e un coprioggetto. Un rivestimento in poliimmide sul vetrino coprioggetto superiore ha costretto i cristalli liquidi ad orientarsi parallelamente agli elettrodi.
I cristalli liquidi in questa fase omogenea hanno bloccato la luce dei nanotubi rivolti in una direzione, lasciando che la luce delle nanobarre puntate in un'altra direzione passi attraverso un polarizzatore fino al rivelatore.
Quello che accadde allora fu notevole. Quando il team ha applicato solo quattro volt agli elettrodi, i cristalli liquidi che galleggiano in prossimità delle nanobarre si allineano con il campo elettrico tra gli elettrodi mentre i cristalli sopra gli elettrodi, ancora sotto l'influenza del rivestimento del vetrino coprioggetto, rimasto fermo.
La nuova configurazione dei cristalli, chiamata fase nematica contorta, ha agito come un otturatore che ha commutato i segnali delle nanobarre come un semaforo.
"Non pensiamo che questo effetto dipenda dai nanotubi d'oro, " ha detto Link. "Potremmo avere altri nano oggetti che reagiscono con la luce in modo polarizzato, e poi potremmo modulare la loro intensità. Diventa un polarizzatore sintonizzabile."
Fondamentale per il successo dell'esperimento è stato il divario, intorno ai 14 micron, tra la parte superiore degli elettrodi e la parte inferiore del vetrino coprioggetto. "Lo spessore di questo spazio determina la quantità di rotazione, " ha detto Link. "Poiché abbiamo creato il nematico contorto nel piano e ha un certo spessore, otteniamo sempre una rotazione di 90 gradi. Questo è ciò che lo rende un piatto super a mezza onda."
Link vede un grande potenziale per la tecnica quando viene utilizzata con una serie di nanoparticelle orientate in direzioni specifiche, in cui ogni particella sarebbe completamente controllabile, come un interruttore.
