La pantalla de un teléfono inteligente que puede producir imágenes en 3-D deberá poder torcer la luz que emite. Ahora, Investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad Ben-Gurion del Negev han descubierto una forma de producir en masa semiconductores en espiral que pueden hacer precisamente eso.
En 1962, Los ingenieros de la Universidad de Michigan E. Leith y J. Upatnieks revelaron imágenes realistas en 3-D con la invención de la holografía práctica. Las primeras imágenes holográficas de un pájaro en un tren se hicieron creando ondas estacionarias de luz con puntos brillantes y oscuros en el espacio. que crea una ilusión de objeto material. Fue posible controlando la polarización y la fase de la luz, es decir, la dirección y la sincronización de las fluctuaciones de las ondas electromagnéticas.
Las hélices semiconductoras creadas por el equipo dirigido por U-M pueden hacer exactamente eso con los fotones que pasan, reflejado desde, y emitido por ellos. Pueden incorporarse a otros dispositivos semiconductores para variar la polarización, fase, y el color de la luz emitida por los diferentes píxeles, cada uno de ellos hecho de las hélices semiconductoras diseñadas con precisión.
Hasta ahora, hacer espirales de semiconductores con una torsión suficientemente fuerte, que recuerda a la pasta fusilli a nanoescala, era una perspectiva difícil porque el estado retorcido no es natural para los materiales semiconductores. Suelen formar láminas o alambres. Pero Nicholas Kotov, Joseph B. y Florence V. Cejka, profesor de Ingeniería Química, y su equipo han encontrado una manera de guiar la unión de pequeñas nanopartículas semiconductoras entre sí, aprendiendo de las estructuras retorcidas de la naturaleza:proteínas y ADN.
"Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, "dijo Wenchun Feng, becario de investigación postdoctoral en el laboratorio de Kotov y autor principal. "La dirección de la espiral de las proteínas está determinada por la propiedad geométrica de los aminoácidos. Descubrimos que un aminoácido común, cisteína trabajar juntos en grandes cantidades puede torcer no solo proteínas sino también semiconductores ".
El equipo cubrió nanopartículas hechas de telururo de cadmio, un semiconductor capaz de emitir luz, con cisteína. Las moléculas de cisteína se presentan en dos formas que son imágenes especulares entre sí, por lo que se conoce como molécula "quiral". Observaron que las nanopartículas se autoensamblaban espontáneamente en "tornados" semiconductores siguiendo la quiralidad hacia la derecha o hacia la izquierda del aminoácido.
Uno de los hallazgos inesperados del equipo fue cuán alta era la fidelidad de este proceso de autoensamblaje y cuán fuerte era la torsión de las hélices. Casi todas (el 98 por ciento) de las hélices semiconductoras tenían la misma dirección de torsión y, de hecho, parecían fusiles a nanoescala. Algunas moléculas orgánicas pueden formar espirales orgánicas, también, pero la capacidad de torsión de la luz de las hélices semiconductoras fabricadas por Kotov y sus colegas es al menos cinco veces más fuerte y puede variar por campo eléctrico.
Cuando hicieron brillar la luz a través de los semiconductores, registraron los fotones girando a través de ellos. Mediante una combinación de experimentos y simulaciones por computadora, los investigadores desarrollaron principios de diseño y métodos para diseñar las propiedades ópticas de las hélices semiconductoras para los diferentes colores en los futuros dispositivos de holografía.
Una de las consecuencias inesperadas de este proyecto impulsado por la tecnología fue echar un vistazo a los misterios que rodean cómo pudo haber surgido la vida en la Tierra y por qué muchas moléculas biológicas siguen de manera confiable una espiral en sentido horario o antihorario. Kotov sugiere que los aminoácidos, que se sabe que se forman espontáneamente en el polvo espacial, puede haber ensamblado nanopartículas en espirales que torcieron la luz de las primeras estrellas, sirviendo como plantillas inorgánicas estables para que las moléculas y partículas orgánicas sigan el mismo patrón.
El trabajo se describe en un artículo en Science Advances titulado, "Ensamblaje de hélices de mesoescala con exceso enantiomérico cercano a la unidad e interacciones de materia ligera para semiconductores quirales". Vea el resumen en advance.sciencemag.org/content/3/3/e1601159.
