Regolando finemente la distanza tra le nanoparticelle in un singolo strato, i ricercatori hanno realizzato un filtro che può cambiare tra uno specchio e una finestra.
Lo sviluppo potrebbe aiutare gli scienziati a creare materiali speciali le cui proprietà ottiche possono essere modificate in tempo reale. Questi materiali potrebbero quindi essere utilizzati per applicazioni dai filtri ottici sintonizzabili ai sensori chimici in miniatura.
La creazione di un materiale "sintonizzabile" - uno che può essere accuratamente controllato - è stata una sfida a causa delle minuscole scale coinvolte. Per regolare le proprietà ottiche di un singolo strato di nanoparticelle - che sono solo decine di nanometri ciascuno - lo spazio tra di loro deve essere impostato in modo preciso e uniforme.
Per formare lo strato, il team di ricercatori dell'Imperial College di Londra ha creato le condizioni affinché le nanoparticelle d'oro si localizzino all'interfaccia tra due liquidi che non si mescolano. Applicando una piccola tensione attraverso l'interfaccia, il team è stato in grado di dimostrare uno strato di nanoparticelle sintonizzabile che può essere denso o sparso, consentendo il passaggio da uno specchio riflettente a una superficie trasparente. La ricerca è pubblicata oggi in Materiali della natura .
Il coautore dello studio, il professor Joshua Edel, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"È un equilibrio davvero sottile - per molto tempo siamo riusciti a far aggregare le nanoparticelle solo quando si sono assemblate, piuttosto che essere accuratamente distanziati. Ma molti modelli ed esperimenti ci hanno portato al punto in cui possiamo creare un livello veramente sintonizzabile".
La distanza tra le nanoparticelle determina se lo strato consente o riflette diverse lunghezze d'onda della luce. Ad un estremo, tutte le lunghezze d'onda sono riflesse, e lo strato funge da specchio. All'altro estremo, dove le nanoparticelle sono disperse, tutte le lunghezze d'onda sono consentite attraverso l'interfaccia e funge da finestra.
A differenza dei precedenti sistemi nanoscopici che utilizzavano mezzi chimici per modificare le proprietà ottiche, l'impianto elettrico della squadra è reversibile.
Il coautore dello studio, il professor Alexei Kornyshev, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"Trovare le condizioni corrette per ottenere la reversibilità richiedeva una teoria precisa; altrimenti sarebbe stato come cercare un ago in un pagliaio. È stato notevole quanto la teoria corrispondesse ai risultati sperimentali".
Il co-autore Professor Anthony Kucernak, anche dal Dipartimento di Chimica, ha commentato:"Mettere in pratica la teoria può essere difficile, poiché bisogna sempre essere consapevoli dei limiti di stabilità dei materiali, quindi trovare le corrette condizioni elettrochimiche in cui l'effetto potrebbe verificarsi è stato impegnativo".
Il professor Kornyshev ha aggiunto:"L'intero progetto è stato reso possibile solo dal know-how unico, dalle capacità e dall'entusiasmo dei giovani membri del team, tra cui il dottor Yunuen Montelongo e il dottor Debarata Sikdar, tra gli altri che hanno tutti competenze e background diversi."
