El 10 El artículo número 000 publicado por Diamond Light Source podría cambiar fundamentalmente el panorama tecnológico al permitir una nueva generación de dispositivos. Este estudio presenta una nueva forma de ver la quiralidad en películas delgadas de polímeros que son importantes para la electrónica. Presenta conocimientos disruptivos sobre películas de polímeros quirales, que emiten y absorben luz circularmente polarizada, y ofrece la promesa de lograr importantes avances tecnológicos, incluyendo pantallas de alto rendimiento, Imágenes 3-D y computación cuántica. Estos hallazgos se publicaron recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

La quiralidad es una propiedad de simetría fundamental del universo. Vemos pares de imágenes especulares para zurdos (LH) y diestros (RH) en todo, desde caracoles y moléculas pequeñas hasta galaxias espirales gigantes. La luz también puede tener quiralidad. Como la luz viaja su campo eléctrico interno puede girar hacia la izquierda o hacia la derecha creando polarización circular LH o RH. La capacidad de controlar y manipular este quiral, la luz polarizada circularmente presenta oportunidades en la optoelectrónica de próxima generación (Figuras 1a y 1b). Sin embargo, el origen de los grandes efectos quirópticos en las películas delgadas de polímeros (Figuras 1c y 2) ha sido difícil de alcanzar durante casi tres décadas. En este estudio, un grupo de investigadores del Imperial College London, la Universidad de Nottingham, la Universidad de Barcelona, Diamond Light Source y el J.A. Woollam Company utilizó la línea de luz de dicroísmo circular de radiación de sincrotrón de Diamond (B23) y la fuente de luz avanzada en California.

"Este innovador estudio muestra cómo las capacidades de Diamond se pueden utilizar para estudiar procesos que normalmente ocurren lejos de nuestro alcance. Los hallazgos del equipo presentan una hoja de ruta para introducir propiedades quiropticas en más dispositivos electrónicos en el futuro, "dice el profesor Laurent Chapon, director de ciencias físicas en Diamond.

El dicroísmo circular (CD) tiene una historia sorprendentemente larga. En el siglo 19, Los científicos franceses observaron que las moléculas quirales que no se superponen a su imagen especular absorben la luz polarizada circularmente a la izquierda y a la derecha de manera diferente según su configuración (como para los aminoácidos L o D) y también la lateralidad de su estructura. En la década de 1960, Los científicos se habían dado cuenta de que la CD podría ser de gran ayuda para el estudio de estructuras de materiales intrincadas. La línea de luz B23 de Diamond está dedicada a CD y genera un microhaz monocromático altamente colimado único desde el ultravioleta al vacío (UV) hasta la luz visible.

Para este estudio, el equipo de investigación combinó estudios de CD ultravioleta en Diamond con mediciones de dispersión de rayos X suaves de borde K de carbono resonante en la fuente de luz avanzada.

"Utilizando una combinación de métodos espectroscópicos y sondas estructurales, los investigadores cuestionaron la validez de la interpretación de datos hasta ahora de estas películas de polímero, "explica el profesor Giuliano Siligardi, científico principal de la línea de luz B23 de Diamond.

Anteriormente se pensaba que los grandes efectos quiropticos observados en estas películas poliméricas eran causados ​​por una quiralidad estructural como la observada en la fase cristalina líquida colestérica. Sin embargo, Este estudio muestra que, en condiciones relevantes para la fabricación de dispositivos, son causados ​​en cambio por un acoplamiento magnetoeléctrico que genera la actividad óptica natural de estos polímeros.

Dra. Jessica Wade, autor principal del artículo, dice, "Este estudio presenta una nueva forma de ver la quiralidad en películas delgadas de polímeros, que es importante para la electrónica. El descubrimiento de que el acoplamiento magnetoeléctrico, y no la quiralidad estructural de mayor alcance, es responsable de los grandes efectos quiropticos permitirá el diseño racional de polímeros para una amplia gama de aplicaciones de dispositivos ".

Todos los experimentos se llevaron a cabo en condiciones relevantes para aplicaciones del mundo real, con espesores de capa activa ( <200 nm) que permiten la producción de electrónica de alta eficiencia.

"Nuestros hallazgos informarán el diseño de nuevos polímeros y arquitecturas de dispositivos donde la estructura química y la conformación de la columna vertebral se han optimizado para maximizar el acoplamiento magnetoeléctrico, permitiendo fuertes efectos quiropticos sin necesidad de alineación y capas activas excesivamente gruesas. Los protocolos de fabricación optimizados en B23:tiempo de recocido, temperatura (Fig.2), etc., ya han dado como resultado la realización de pantallas y fotodetectores altamente eficientes, y continuamos investigando estos sistemas con la nueva funcionalidad del Polarímetro Mueller Matrix (MMP) Diamond B23 ".

Profesor Sir David Stuart, director de ciencias de la vida en Diamond y director adjunto de biología estructural en la Universidad de Oxford, dice, "Como una de las instalaciones científicas más avanzadas del mundo, Diamond se esfuerza por permitir que la ciencia cambie el mundo todos los días. Una parte importante de nuestra misión es ayudar en la publicación de artículos y resultados de los experimentos realizados aquí en el dominio público. Este innovador 10, La publicación número 000 ejemplifica la importancia de la cooperación internacional entre los científicos y las instalaciones, así como los vínculos vitales entre la investigación fundamental, la ciencia aplicada y las tecnologías que hacen avanzar a la humanidad ".