Fremstilling af snoede halvledere til 3D-projektion

En smartphone-skærm, der kan producere 3D-billeder, skal kunne vride lyset, den udsender. Nu, forskere ved University of Michigan og Ben-Gurion University i Negev har opdaget en måde at masseproducere spiral halvledere, der kan gøre netop det.

Tilbage i 1962, Ingeniører fra University of Michigan E. Leith og J. Upatnieks afslørede realistiske 3D-billeder med opfindelsen af ​​praktisk holografi. De første holografiske billeder af fugle på et tog blev lavet ved at skabe stående lysbølger med lyse og mørke pletter i rummet, som skaber en illusion af materielt objekt. Det blev gjort muligt ved at kontrollere polarisering og lysfase, dvs. retningen og timingen af ​​elektromagnetiske bølgesvingninger.

Halvlederhelikserne skabt af UM-ledet team kan gøre præcis det med fotoner, der passerer igennem, afspejlet fra, og udsendes af dem. De kan inkorporeres i andre halvlederanordninger for at variere polariseringen, fase, og lysets farve, der udsendes af de forskellige pixels, hver af dem lavet af de præcist designede halvleder -spiraler.

Indtil nu, at lave halvledere til spiraler med et tilstrækkeligt stærkt twist - der minder om nanoskala fusillipasta - var et vanskeligt perspektiv, fordi den snoede tilstand er unaturlig for halvledermaterialer. De danner normalt plader eller ledninger. Men Nicholas Kotov, Joseph B. og Florence V. Cejka Professor i kemiteknik og hans team har fundet en måde at guide vedhæftningen af ​​små halvleder -nanopartikler til hinanden ved at lære af naturens snoede strukturer:proteiner og DNA.

"Aminosyrer er de typiske byggesten i proteiner, "sagde Wenchun Feng, en postdoktor i Kotovs laboratorium og hovedforfatteren. "Retningen af ​​proteinspiralen bestemmes af aminosyrernes geometriske egenskab. Vi fandt ud af, at en almindelig aminosyre, cystein, At arbejde sammen i store mængder kan sno ikke kun proteiner, men også halvledere. "

Teamet dækkede nanopartikler fremstillet af cadmiumtellurid, en halvleder, der er i stand til at udsende lys, med cystein. Cysteinmolekyler findes i to former, der er spejlbilleder af hinanden, så det er kendt som et "chiralt" molekyle. De observerede, at nanopartiklerne spontant selvsamlede sig til halvleder "tornados" efter aminosyrens chiralitet til højre eller venstre.

En af teamets uventede fund var, hvor høj troværdigheden ved denne selvsamlingsproces var, og hvor stærk spiralen var. Næsten alle - 98 procent - af halvleder -spiraler havde samme vridningsretning og lignede faktisk nanoskala fusilli. Nogle organiske molekyler kan danne organiske spiraler, også, men den letvridende evne for halvlederhelikser fremstillet af Kotov og kolleger er mindst fem gange stærkere og kan varieres efter elektrisk felt.

Da de skinnede lys gennem halvlederne, de registrerede fotoner hvirvlende igennem dem. Gennem en kombination af eksperimenter og computersimuleringer, forskerne udviklede designprincipper og metoder til at konstruere de optiske egenskaber for halvlederhylisserne til de forskellige farver i fremtidige holografi -enheder.

En af de uventede konsekvenser af dette teknologidrevne projekt var at få et kig ind i mysterier omkring, hvordan livet kan være opstået på Jorden, og hvorfor mange biologiske molekyler pålideligt følger enten en med eller mod uret spiral. Kotov foreslår, at aminosyrer, som vides at danne sig spontant i rumstøv, kan have samlet nanopartikler til spiraler, der sno lyset fra de tidlige stjerner, fungerer som stabile uorganiske skabeloner for organiske molekyler og partikler til at følge det samme mønster.

Værket er beskrevet i et papir i Science Advances med titlen, "Samling af mesoskala-spiraler med enantiomerisk overskud af næsten enhed og lysstof-interaktioner for kirale halvledere." Se abstractet på advances.sciencemag.org/content/3/3/e1601159.