Nanopartikelgel styrer snoet lys med magnetisme

"Hjælp mig, Obi Wan Kenobi. Du er mit eneste håb. "For mange af dem der var omkring ved udgivelsen af ​​Star Wars i 1977, denne scene var en første introduktion til hologrammer - en ægte teknologi, der havde eksisteret i cirka 15 år.

Så hvorfor er hologrammer eller relaterede optiske enheder ikke en del af vores hverdag endnu? Teknologierne kan skabes ved hjælp af magnetfelter til at ændre lysets vej, men de materialer, der kan gøre det, er dyre, sprød og uigennemsigtig. Nogle arbejder kun i temperaturer så kolde som vakuum i rummet.

Nu, forskere fra University of Michigan og Federal University of Sao Carlos i Brasilien har vist, at billige nanopartikler i en gel kan erstatte traditionelle materialer til en drastisk reduceret pris. Og deres tilgang fungerer ved stuetemperatur.

Det åbner en verden af ​​muligheder for brug af magnetfelter til modulering af lys, med applikationer i autonome køretøjssensorer, kommunikation i rummet og optiske trådløse netværk.

Til dato, dyre metaller af sjælden jord, såsom europium, cerium og yttrium er blevet brugt til at demonstrere, hvordan stien, hastighed og intensitet af optisk, eller lysbaseret, signaler kan styres med magnetfelter. Denne kapacitet er allerede i kommerciel brug i højhastigheds fiberoptiske internetkabler. Men elementernes omkostnings- og temperaturbehov har afholdt teknologien fra større brug.

En omkostningseffektiv, rumtemperatur løsning til magnetisk styring af snoet lys kunne muliggøre massemarkeds 3D-skærme, holografiske projektorer og ny generation af Light Detection and Ranging (LIDAR). LIDAR er en af ​​de vigtigste teknologier, der giver "syn" til autonome køretøjer.

"Mange virksomheder og laboratorier udviklede spændende prototyper ved hjælp af magneto-optisk teknologi, "sagde Nicholas Kotov, U-M's Florence V. Cejka Professor i kemiteknik, der ledede projektet. "Men deres teknologiske accept har været begrænset til dato på grund af de grundlæggende materialeproblemer med sjælden jordartsmagneto-optik. Det har været som at forsøge at løse Rubiks terningpuslespil. Du får en ejendom ret, men mister de andre."

I en undersøgelse offentliggjort i Videnskab , forskerne demonstrerer, at de kunne bruge nanopartikler baseret på billigt koboltoxid-en hvidfarvet, magnetisk halvleder - til at styre snoet lys godt ved hjælp af magnetfelter. Tricket, fandt forskerne, var at sno selve nanopartiklerne ved at belægge dem med aminosyrer. Vridningen kan enten være højre- eller venstrehåndet- en egenskab kaldet kiralitet.

Nanopartiklernes kiralitet frembragte en øget følsomhed over for magnetisme og forstærkede også interaktioner med snoet lys - mere formelt omtalt som "cirkulært polariseret lys." Forskerne demonstrerede, at ved at suspendere nanopartiklerne i en gennemsigtig, elastisk, stuetemperatur gel, de kunne ændre intensiteten af ​​cirkulært polariseret lys ved at anvende et magnetfelt.

"Dette åbner vejen til den brede spredning af magneto-optiske enheder med spændende muligheder i 3D-skærme og holografi i realtid-alle udnytter cirkulært polariseret lys, sagde Kotov, som også er professor i materialevidenskab og teknik. "Desuden, den lille størrelse af nanopartiklerne gør det muligt at bruge dem inden for computerteknik og storskala fremstilling af magneto-optiske kompositter. "