El voltaje aplicado crea un giro nemático en los cristales líquidos (azul) alrededor de una nanovarilla (roja) entre dos electrodos en un experimento en la Universidad de Rice. Este gráfico muestra cristales líquidos en su fase homogénea (izquierda) y fase nemática retorcida (derecha). Dependiendo de la orientación de las nanobarras, los cristales líquidos revelarán o enmascararán la luz cuando se aplique voltaje. (Laboratorio de enlace de crédito / Universidad de Rice)
(PhysOrg.com) - Un juego a nanoescala de "ahora lo ves, ahora no "puede contribuir a la creación de metamateriales con propiedades ópticas útiles que se pueden controlar activamente, según científicos de la Universidad de Rice.
Un laboratorio de Rice dirigido por el químico Stephan Link ha descubierto una forma de usar cristales líquidos para controlar la luz dispersada por nanobarras de oro. Los investigadores utilizan voltaje para manipular con sensibilidad la alineación de las moléculas de cristal líquido que bloquean y revelan alternativamente la luz de las partículas; las nanobarras de oro recogen y retransmiten la luz en una dirección específica.
La investigación fue publicada en la revista American Chemical Society. Nano letras .
Parece simple pero Link dijo que la técnica tardó dos años en perfeccionarse hasta el punto en que la luz de las nanopartículas podría controlarse por completo.
"La clave de nuestro enfoque es la rotación en el plano de las moléculas de cristal líquido que cubren nanobarras de oro individuales que actúan como antenas ópticas, "dijo Link, profesor asistente de química e ingeniería eléctrica e informática. "Aprender cómo funcionan nuestros dispositivos fue emocionante y nos ha proporcionado muchas ideas sobre cómo manipular la luz a nanoescala".
Link dijo que el dispositivo es en realidad una placa de super media onda, una versión refinada de un dispositivo estándar que altera la polarización de la luz.
Con el nuevo dispositivo, el equipo espera poder controlar la luz de cualquier nanoestructura que se dispersa, absorbe o emite luz, incluso puntos cuánticos o nanotubos de carbono. "La luz solo tiene que estar polarizada para que esto funcione, "dijo Link, quien estudia las propiedades plasmónicas de las nanopartículas y recientemente fue autor de una perspectiva sobre la investigación reciente de su grupo en plasmónicos para el Journal of Physical Chemistry Letters. (Vea un video de Link y su equipo aquí).
En luz polarizada, como la luz del sol reflejada en el agua, las ondas de la luz están alineadas en un plano particular. Al cambiar la dirección de su alineación, Los cristales líquidos pueden bloquear o filtrar la luz de manera armoniosa.
Imágenes de dispersión de campo oscuro polarizado de nanobarras de oro individuales en espacios de electrodos muestran que se encienden o se apagan según el voltaje aplicado a un enjambre de cristales líquidos. Las flechas indican la polarización de la luz detectada, paralelo (violeta) o perpendicular (verde) a la matriz de electrodos. (Laboratorio de enlace de crédito / Universidad de Rice)
El equipo de Rice utilizó nanobarras de oro como fuente de luz polarizada. Las varillas actúan como antenas ópticas; cuando está iluminado, sus plasmones de superficie reemiten luz en una dirección específica.
En su experimento, el equipo colocó nanobarras depositadas al azar en una serie de electrodos alternos en un portaobjetos de vidrio; agregaron un baño de cristal líquido y un cubreobjetos. Un recubrimiento de poliimida en el cubreobjetos superior obligó a los cristales líquidos a orientarse paralelos a los electrodos.
Los cristales líquidos en esta fase homogénea bloquearon la luz de las nanovarillas giradas en una dirección, mientras dejaba que la luz de nanobarras apuntadas de otra manera pasara a través de un polarizador hasta el detector.
Lo que sucedió entonces fue extraordinario. Cuando el equipo aplicó tan solo cuatro voltios a los electrodos, Los cristales líquidos que flotan en las proximidades de las nanovarillas se alinean con el campo eléctrico entre los electrodos, mientras que los cristales sobre los electrodos. aún bajo la influencia del revestimiento de cubreobjetos, se quedó quieto.
La nueva configuración de los cristales, llamada fase nemática retorcida, actuó como un obturador que cambiaba las señales de las nanovarillas como un semáforo.
"No creemos que este efecto dependa de las nanovarillas de oro, ", Dijo Link." Podríamos tener otros nano objetos que reaccionen con la luz de forma polarizada, y luego podríamos modular su intensidad. Se convierte en un polarizador sintonizable ".
Crítico para el éxito del experimento fue la brecha, en la vecindad de 14 micrones, entre la parte superior de los electrodos y la parte inferior del cubreobjetos. "El grosor de este espacio determina la cantidad de rotación, ", Dijo Link." Debido a que creamos el nemático retorcido en el plano y tenemos un cierto grosor, siempre obtenemos una rotación de 90 grados. Eso es lo que la convierte en una placa de súper media onda ".
Link ve un gran potencial para la técnica cuando se usa con una serie de nanopartículas orientadas en direcciones específicas, en el que cada partícula sería completamente controlable, como un interruptor.
