Flydende krystaller styret af magnetfelter kan føre til nye optiske applikationer

(Phys.org) - Flydende krystaller er kendt for deres anvendelse i LCD -tv, hvor hurtigt skiftende elektriske felter bruges til at kontrollere de flydende krystallers molekylære rækkefølge. Dette ændrer igen, hvordan lys overføres gennem de flydende krystaller for at få billederne til at ændre sig på tv -skærmen.

Flydende krystaller kan også kontrolleres, eller aktiveret, ved at skifte et magnetfelt. Magnetisk aktivering har den fordel, at den ikke kræver direkte kontakt, der henviser til, at elektrisk aktivering kræver kontakt med elektroder. Imidlertid, indtil videre har alle demonstrationer af brug af magnetfelter til aktivering af flydende krystaller krævet ekstremt stærke magnetfelter (~ 1 Tesla), begrænser deres praktiske anvendelse.

Nu i en ny undersøgelse offentliggjort i Nano bogstaver , forskere Mingsheng Wang, et al., ved University of California, Riverside; og Whittier College i Whittier, Californien, har vist, at svage magnetfelter (1 milliTesla) effektivt kan aktivere flydende krystaller. De magnetisk aktiverede flydende krystaller udviser en skiftehastighed på mindre end 0,01 sekunder (frekvens over 100 Hz), hvilket kan sammenlignes med udførelsen af ​​kommercielle flydende krystaller baseret på elektrisk omskiftning.

Nøglen til præstationen var at bruge magnetiske jernoxid -nanoroder som byggesten til at konstruere de flydende krystaller. På grund af deres magnetiske egenskaber, nanorodernes orienteringer kan styres af svage magnetfelter. Ved anvendelse af et eksternt magnetfelt, de magnetiske nanoroder justerer sig langs feltretningen.

Denne metode giver en måde at kontrollere de flydende krystallers optiske egenskaber på grund af forholdet mellem nanorodernes orienteringer og mængden af ​​lys, der transmitteres gennem dem. Når nanoroderne er orienteret parallelt (0 °) eller vinkelret (90 °) til polarisatoren, lysintensiteten er meget lav, så displayet er mørkt. Når nanoroderne er orienteret ved 45 ° i forhold til polarisatoren, lysintensiteten er høj, så displayet er lyst. Ved at rotere magnetfeltet kontinuerligt, forskerne kunne forårsage kontinuerlig optisk omskiftning af den flydende krystal.

En anden fordel ved at konstruere flydende krystaller ud af uorganiske nanostrukturer er, at det åbner mulighed for permanent at fastsætte orienteringen af ​​visse nanoroder med litografi. At demonstrere, forskerne klemt en flydende krystalopløsning indeholdende magnetiske nanoroder og harpiks mellem to glasstykker. Derefter placerede de en fotomask ovenpå, og brugte et UV -lys til at hærde harpiksen og fikse orienteringen af ​​nanoroderne i fotomaskens afdækkede områder. Næste, forskerne fjernede fotomasken, drejede magnetfeltet for at ændre orienteringen af ​​de ikke -fikserede nanoroder, og brugte endelig UV -lyset igen til at fikse disse nanoroder i den nye retning.

Resultatet var en mønstret flydende krystal, hvis mørke og lyse områder kan vendes ved at flytte polarisatorens akse. Fordi mønsteret er polariseringsafhængigt, det kan have applikationer i anti-forfalskningsenheder.

"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, fortalt 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, aktuatorer, 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, plakater, 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."

I fremtiden, 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