In alto:schema che mostra il controllo magnetico sulla trasmissione della luce nei nuovi cristalli liquidi. B è il campo magnetico alternato. La luce polarizzata è visibile in giallo. Le aste grigie rappresentano i polarizzatori. Il campo magnetico controlla l'orientamento delle nanobarre (visibili in arancione), che a sua volta influenza la polarizzazione della luce e, poi, la quantità di luce che può passare attraverso i polarizzatori. In basso:le immagini mostrano come un pattern modulato dalla polarizzazione cambia oscurità/luminosità ruotando la direzione dei polarizzatori incrociati. I cerchi e lo sfondo contengono nanobarre magnetiche allineate con orientamenti diversi. Combinando l'allineamento magnetico e i processi di litografia, è possibile creare pattern di diverse polarizzazioni in un sottile film composito e controllare la trasmittanza della luce in particolari aree. Credito:Wang, et al. ©2014 American Chemical Society
(Phys.org) —I cristalli liquidi sono ampiamente conosciuti per il loro uso nei televisori LCD, in cui vengono utilizzati campi elettrici che cambiano rapidamente per controllare l'ordine molecolare dei cristalli liquidi. Questo a sua volta cambia il modo in cui la luce viene trasmessa attraverso i cristalli liquidi per far cambiare le immagini sullo schermo del televisore.
I cristalli liquidi possono anche essere controllati, o attivato, commutando un campo magnetico. L'attuazione magnetica ha il vantaggio di non richiedere il contatto diretto, mentre l'attuazione elettrica richiede il contatto con gli elettrodi. Però, finora tutte le dimostrazioni sull'utilizzo di campi magnetici per attivare i cristalli liquidi hanno richiesto campi magnetici estremamente forti (~ 1 Tesla), limitandone l'uso pratico.
Ora in un nuovo studio pubblicato su Nano lettere , ricercatori Mingsheng Wang, et al., all'Università della California, riva del fiume; e Whittier College di Whittier, California, hanno dimostrato che deboli campi magnetici (1 milliTesla) possono attivare efficacemente i cristalli liquidi. I cristalli liquidi azionati magneticamente mostrano una velocità di commutazione inferiore a 0,01 secondi (frequenza superiore a 100 Hz), che è paragonabile alle prestazioni dei cristalli liquidi commerciali basati sulla commutazione elettrica.
La chiave del risultato è stata l'utilizzo di nanotubi magnetici di ossido di ferro come elementi costitutivi per costruire i cristalli liquidi. Grazie alle loro proprietà magnetiche, gli orientamenti dei nanorod possono essere controllati da deboli campi magnetici. Dopo l'applicazione di un campo magnetico esterno, le nanobarre magnetiche si allineano lungo la direzione del campo.
Questo metodo fornisce un modo per controllare le proprietà ottiche dei cristalli liquidi a causa della relazione tra gli orientamenti dei nanotubi e la quantità di luce che viene trasmessa attraverso di essi. Quando le nanobarre sono orientate parallelamente (0°) o perpendicolari (90°) al polarizzatore, l'intensità della luce è molto bassa, quindi il display è scuro. Quando i nanorod sono orientati a 45° rispetto al polarizzatore, l'intensità della luce è alta, quindi il display è luminoso. Ruotando continuamente il campo magnetico, i ricercatori potrebbero causare la commutazione ottica continua del cristallo liquido.
Un altro vantaggio della costruzione di cristalli liquidi da nanostrutture inorganiche è che apre la possibilità di fissare in modo permanente l'orientamento di alcune nanobarre con la litografia. Dimostrare, i ricercatori hanno inserito una soluzione di cristalli liquidi contenente nanobarre magnetiche e resina tra due pezzi di vetro. Poi hanno messo una fotomaschera sopra, e ha utilizzato una luce UV per polimerizzare la resina e fissare l'orientamento delle nanobarre nelle regioni scoperte della fotomaschera. Prossimo, i ricercatori hanno rimosso la fotomaschera, ruotato il campo magnetico per cambiare l'orientamento delle nanobarre non fissate, e infine ha usato di nuovo la luce UV per fissare queste nanobarre nel nuovo orientamento.
Il risultato è stato un cristallo liquido modellato le cui aree scure e luminose possono essere invertite spostando l'asse del polarizzatore. Poiché il modello è dipendente dalla polarizzazione, potrebbe avere applicazioni in dispositivi anticontraffazione.
"The liquid crystals can be made in a polymer thin film in which the orientation of magnetic nanorods can be fixed by combining magnetic alignment and lithography processes, thus creating patterns of different polarizations and control over the transmittance of light in particular areas, " coauthor Yadong Yin, Professor at University of California-Riverside, detto Phys.org . "Such a thin film does not display visual information under normal light, but shows high contrast patterns under polarized light. The contrast of the patterns can also change with the direction of the polarized light, making them immediately very useful for anticounterfeiting or other information encryption applications."
With its advantageous features such as the electrode-less remote control of its optical properties and ability to fixate the liquid crystal orientation to create polarization patterns, the magnetically actuated liquid crystals could provide a new platform for fabricating other novel optical devices, including displays, guide d'onda, attuatori, and optical modulators.
"Our magnetic liquid crystals show control of the transmittance of light so that they can have direct applications in displays such as signage, posters, writing tablets, and billboards, although their use as high-resolution displays (like computer monitors) might be limited due to the resolution in controlling the magnetic fields, " Yin said. "They may also find applications as optical modulators, which are optical communication devices for controlling the amplitude, fase, polarization, and propagation direction of light."
Nel futuro, the researchers plan to further improve the optical properties of the nanorods.
"The absorption of the iron oxide nanorods in the visible spectrum may limit some potential applications, " Yin said. "Our next step will be reducing the optical absorption of the iron oxide nanorods, either by modifying the iron oxide nanorods to reduce their absorption or replacing them with other transparent magnetic nanorods. Our future efforts will also be made to explore the use of our materials for specific applications. Although we have envisioned many potential applications, it still requires significant efforts to optimize the technology to fit the specific needs of various applications."
© 2014 Phys.org
