Químicos de la Universidad de California, Riverside se han desarrollado diminutos, Varillas de nanoescala de partículas de óxido de hierro en el laboratorio que responden a un campo magnético externo de una manera que podría mejorar drásticamente la forma en que se muestra la información visual en el futuro.

Previamente, El laboratorio de Yadong Yin demostró que cuando se aplica un campo magnético externo a partículas de óxido de hierro en solución, la solución cambia de color en respuesta a la fuerza y ​​orientación del campo magnético. Ahora su laboratorio ha logrado aplicar una capa de sílice (dióxido de silicio) a las partículas de óxido de hierro de modo que cuando se juntan en solución, como esferas conectadas linealmente, eventualmente forman pequeñas varillas - o "nanobarras" - que retienen permanentemente su estructura similar a una vaina.

Cuando se aplica un campo magnético externo a la solución de nanobarras, se alinean paralelos entre sí como un juego de linternas diminutas giradas en una dirección, y mostrar un color brillante.

"Básicamente, hemos desarrollado materiales fotónicos sintonizables cuyas propiedades se pueden manipular cambiando su orientación con campos externos, "dijo Yin, un profesor asistente de química. "Estas nanovarillas con periodicidad interna configurable representan las estructuras fotónicas más pequeñas posibles que pueden difractar la luz visible de manera efectiva. Este trabajo allana el camino para fabricar estructuras fotónicas magnéticamente sensibles con dimensiones significativamente reducidas para que se pueda realizar la manipulación del color con una resolución más alta".

Las aplicaciones de la tecnología incluyen la formación de patrones de alta definición, carteles, imágenes, Pantallas en color energéticamente eficientes, y dispositivos como señales de tráfico que utilizan habitualmente un conjunto de colores. Otras aplicaciones son la detección biológica y química, así como el etiquetado e imágenes biomédicos. Pantallas en color que actualmente no se pueden ver fácilmente a la luz del sol, por ejemplo, una pantalla de computadora portátil:se verá con mayor claridad y brillo en dispositivos que utilizan la tecnología de nanovarillas, ya que las varillas simplemente difractan un color de la luz visible que incide en ellas.

Los resultados del estudio aparecen en línea hoy (14 de marzo) en Angewandte Chemie . La investigación se destacará en la contraportada de un próximo número impreso.

En el laboratorio, Yin y sus estudiantes de posgrado Yongxing Hu y Le He recubrieron inicialmente las moléculas de óxido de hierro magnético con una fina capa de sílice. Luego aplicaron un campo magnético para ensamblar las partículas en cadenas. Próximo, recubrieron las cadenas con una capa adicional de sílice para permitir que se formara una capa de sílice alrededor y estabilizara la estructura de la cadena.

Según los investigadores, el momento de la exposición al campo magnético es de vital importancia para el éxito de la formación de la cadena porque permite ajustar con precisión el espaciado "entre partículas" (la distancia entre dos partículas cualesquiera) dentro de las cadenas fotónicas. Informan que el encadenamiento de las partículas magnéticas debe inducirse mediante una breve exposición a campos externos durante el proceso de recubrimiento de sílice para que las partículas permanezcan conectadas temporalmente. permitiendo una deposición adicional de sílice para luego fijar las cadenas en varillas o alambres mecánicamente robustos.

También informan en el artículo de investigación que el espaciado entre partículas dentro de las cadenas en una muestra se puede ajustar ajustando el tiempo de exposición al campo magnético; la longitud de las cadenas individuales, que no afecta el color mostrado, se puede controlar cambiando la duración de la exposición al campo magnético.

"Las nanobarras fotónicas que desarrollamos se dispersan aleatoriamente en solución en ausencia de un campo magnético, pero se alinean y muestran el color de difracción instantáneamente cuando se aplica un campo externo, Yin dijo:"Es la disposición periódica de las partículas de óxido de hierro lo que difracta la luz visible de manera eficaz y muestra colores brillantes".

Explicó que todas las barras fotónicas unidimensionales dentro de una muestra muestran un solo color porque las partículas se ordenan con periodicidad uniforme, es decir, el espaciado entre partículas dentro de todas las cadenas es el mismo, independientemente de la longitud de las cadenas individuales. Más lejos, las cadenas fotónicas permanecen separadas entre sí en campos magnéticos debido a la fuerza magnética repulsiva que actúa perpendicular a la dirección del campo magnético.

Los investigadores señalan que una forma simple y conveniente de cambiar la periodicidad en las varillas es usar grupos de óxido de hierro de diferentes tamaños. Esta, ellos discuten, permitiría producir barras fotónicas con longitudes de onda de difracción en una amplia gama de espectro, desde el ultravioleta cercano al infrarrojo cercano.

"Una de las principales ventajas de la nueva tecnología es que apenas requiere energía para cambiar la orientación de las nanovarillas y lograr brillo o color, "Yin dijo." Un inconveniente actual, sin embargo, es que el espaciado entre partículas dentro de las cadenas se fija una vez que se aplica el revestimiento de sílice, permitiendo que no haya flexibilidad y que solo se muestre un color ".

Su laboratorio está trabajando ahora para lograr la biestabilidad de las nanovarillas. Si el laboratorio tiene éxito, las nanovarillas serían capaces de difractar dos colores, uno a la vez.

"Esto permitiría que el mismo dispositivo o píxel mostrara un color durante un tiempo y otro color más tarde, "dijo Yin, un becario de Cottrell.