Bygger usynlige materialer med lys

En ny metode til byggematerialer ved hjælp af lys, udviklet af forskere ved University of Cambridge, kunne en dag muliggøre teknologier, der ofte betragtes som science fiction, såsom usynlighedskapper og kappeanordninger.

Selvom kappet stjerneskibe ikke vil være en realitet i et stykke tid, den teknik, som forskere har udviklet til at konstruere materialer med byggesten, der er et par milliarddeler af en meter på tværs, kan bruges til at styre den måde, lyset flyver igennem dem, og arbejder på store bidder på én gang. Detaljer offentliggøres i dag (28. juli) i tidsskriftet Naturkommunikation .

Nøglen til enhver form for 'usynlighed' effekt ligger i den måde, lyset interagerer med et materiale. Når lyset rammer en overflade, det absorberes eller reflekteres, det er det, der gør os i stand til at se objekter. Imidlertid, af ingeniørmaterialer på nanoskala, det er muligt at producere 'metamaterialer':materialer, der kan styre måden, hvorpå lys interagerer med dem. Lys reflekteret af et metamateriale brydes på den 'forkerte' måde, potentielt gør objekter usynlige, eller få dem til at fremstå som noget andet.

Metamaterialer har en bred vifte af potentielle anvendelser, herunder registrering og forbedring af militær stealth -teknologi. Imidlertid, før tilslagsudstyr kan blive til virkelighed i større skala, forskere skal bestemme, hvordan de skal lave de rigtige materialer på nanoskalaen, og brug af lys viser sig nu at være en enorm hjælp i en sådan nanokonstruktion.

Teknikken udviklet af Cambridge -teamet involverer brug af ufokuseret laserlys som milliarder af nåle, syning af guld nanopartikler sammen til lange strenge, direkte i vand for første gang. Disse strenge kan derefter stables i lag oven på hinanden, ligner Lego klodser. Metoden gør det muligt at producere materialer i meget større mængder, end der kan laves ved hjælp af nuværende teknikker.

For at lave strengene, forskerne brugte først tøndeformede molekyler kaldet cucurbiturils (CB'er). CB'erne fungerer som miniatureafstandsstykker, muliggør en meget høj grad af kontrol over afstanden mellem nanopartiklerne, låser dem på plads.

For at tilslutte dem elektrisk, forskerne havde brug for at bygge en bro mellem nanopartiklerne. Konventionelle svejseteknikker ville ikke være effektive, da de får partiklerne til at smelte. "Det handler om at finde en måde at kontrollere broen mellem nanopartiklerne, "sagde dr. Ventsislav Valev fra universitetets Cavendish -laboratorium, en af ​​forfatterne til papiret. "Det er fint at slutte et par nanopartikler sammen, men at skalere det op er udfordrende. "

Nøglen til at kontrollere broerne ligger i cucurbiturils:den præcise afstand mellem nanopartikler giver meget mere kontrol over processen. Når laseren er fokuseret på strengene af partikler i deres CB -stilladser, det producerer plasmoner:krusninger af elektroner på overflader af ledende metaller. Disse elektroner, der springer over, koncentrerer lysenergien på atomer på overfladen og forbinder dem med at danne broer mellem nanopartiklerne. Brug af ultrahurtige lasere resulterer i, at milliarder af disse broer dannes hurtigt efter hinanden, træning af nanopartikler i lange strenge, som kan overvåges i realtid.

"Vi har kontrolleret dimensionerne på en måde, der ikke har været mulig før, sagde Dr Valev, der arbejdede sammen med forskere fra Institut for Kemi og Institut for Materialevidenskab og Metallurgi om projektet. "Dette kontrolniveau åbner op for en lang række potentielle praktiske anvendelser."