Arriba:Esquema que muestra el control magnético sobre la transmitancia de la luz en los nuevos cristales líquidos. B es el campo magnético alterno. La luz polarizada se ve en amarillo. Las varillas grises representan los polarizadores. El campo magnético controla la orientación de las nanobarras (visto en naranja), que a su vez afecta la polarización de la luz y, luego, la cantidad de luz que puede pasar a través de los polarizadores. Abajo:las imágenes muestran cómo un patrón modulado por polarización cambia la oscuridad / brillo al girar la dirección de los polarizadores cruzados. Los círculos y el fondo contienen nanobarras magnéticas alineadas en diferentes orientaciones. Combinando procesos de alineación magnética y litografía, es posible crear patrones de diferentes polarizaciones en una película compuesta delgada y controlar la transmitancia de la luz en áreas particulares. Crédito:Wang, et al. © 2014 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —Los cristales líquidos son ampliamente conocidos por su uso en televisores LCD, en el que se utilizan campos eléctricos que cambian rápidamente para controlar el orden molecular de los cristales líquidos. Esto, a su vez, cambia la forma en que se transmite la luz a través de los cristales líquidos para hacer que las imágenes cambien en la pantalla del televisor.
Los cristales líquidos también se pueden controlar, o accionado, cambiando un campo magnético. La actuación magnética tiene la ventaja de que no requiere contacto directo, mientras que la actuación eléctrica requiere contacto con electrodos. Sin embargo, Hasta ahora, todas las demostraciones del uso de campos magnéticos para activar cristales líquidos han requerido campos magnéticos extremadamente fuertes (~ 1 Tesla), limitando su uso práctico.
Ahora, en un nuevo estudio publicado en Nano letras , investigadores Mingsheng Wang, et al., en la Universidad de California, Orilla; y Whittier College en Whittier, California, han demostrado que los campos magnéticos débiles (1 miliTesla) pueden activar eficazmente los cristales líquidos. Los cristales líquidos activados magnéticamente exhiben una velocidad de conmutación de menos de 0.01 segundos (frecuencia por encima de 100 Hz), que es comparable al rendimiento de los cristales líquidos comerciales basados en conmutación eléctrica.
La clave del logro fue el uso de nanobarras magnéticas de óxido de hierro como bloques de construcción para construir los cristales líquidos. Debido a sus propiedades magnéticas, Las orientaciones de las nanovarillas pueden controlarse mediante campos magnéticos débiles. Tras la aplicación de un campo magnético externo, las nanovarillas magnéticas se alinean a lo largo de la dirección del campo.
Este método proporciona una forma de controlar las propiedades ópticas de los cristales líquidos debido a la relación entre las orientaciones de las nanobarras y la cantidad de luz que se transmite a través de ellas. Cuando las nanovarillas están orientadas paralelas (0 °) o perpendiculares (90 °) al polarizador, La intensidad de la luz es muy baja, por lo que la pantalla está oscura. Cuando las nanovarillas están orientadas a 45 ° con respecto al polarizador, la intensidad de la luz es alta, por lo que la pantalla es brillante. Al girar el campo magnético continuamente, los investigadores podrían provocar una conmutación óptica continua del cristal líquido.
Otra ventaja de construir cristales líquidos a partir de nanoestructuras inorgánicas es que abre la posibilidad de fijar permanentemente la orientación de determinadas nanovarillas con litografía. Demostrar, los investigadores colocaron una solución de cristal líquido que contenía nanobarras magnéticas y resina entre dos piezas de vidrio. Luego colocaron una fotomáscara encima, y usó una luz ultravioleta para curar la resina y fijar la orientación de las nanovarillas en las regiones descubiertas de la fotomáscara. Próximo, los investigadores quitaron la fotomáscara, rotó el campo magnético para cambiar la orientación de las nanobarras no fijadas, y finalmente usé la luz ultravioleta nuevamente para fijar estas nanovarillas en la nueva orientación.
El resultado fue un cristal líquido modelado cuyas áreas oscuras y brillantes se pueden invertir cambiando el eje del polarizador. Debido a que el patrón depende de la polarización, podría tener aplicaciones en dispositivos contra la falsificación.
"The liquid crystals can be made in a polymer thin film in which the orientation of magnetic nanorods can be fixed by combining magnetic alignment and lithography processes, thus creating patterns of different polarizations and control over the transmittance of light in particular areas, " coauthor Yadong Yin, Professor at University of California-Riverside, dicho Phys.org . "Such a thin film does not display visual information under normal light, but shows high contrast patterns under polarized light. The contrast of the patterns can also change with the direction of the polarized light, making them immediately very useful for anticounterfeiting or other information encryption applications."
With its advantageous features such as the electrode-less remote control of its optical properties and ability to fixate the liquid crystal orientation to create polarization patterns, the magnetically actuated liquid crystals could provide a new platform for fabricating other novel optical devices, including displays, waveguides, actuators, and optical modulators.
"Our magnetic liquid crystals show control of the transmittance of light so that they can have direct applications in displays such as signage, carteles, writing tablets, and billboards, although their use as high-resolution displays (like computer monitors) might be limited due to the resolution in controlling the magnetic fields, " Yin said. "They may also find applications as optical modulators, which are optical communication devices for controlling the amplitude, fase, polarization, and propagation direction of light."
En el futuro, the researchers plan to further improve the optical properties of the nanorods.
"The absorption of the iron oxide nanorods in the visible spectrum may limit some potential applications, " Yin said. "Our next step will be reducing the optical absorption of the iron oxide nanorods, either by modifying the iron oxide nanorods to reduce their absorption or replacing them with other transparent magnetic nanorods. Our future efforts will also be made to explore the use of our materials for specific applications. Although we have envisioned many potential applications, it still requires significant efforts to optimize the technology to fit the specific needs of various applications."
© 2014 Phys.org
