Højpræcisionskontrol af nanopartikler til digitale applikationer

For første gang nogensinde, det er lykkedes for forskere at skabe arrangementer af kolloider – bittesmå partikler suspenderet i en opløsning – og, vigtigt, de har formået at kontrollere deres bevægelse med høj præcision og hastighed. Takket være denne nye teknik udviklet af forskere ved universitetet i Zürich, kolloide nanopartikler kan spille en rolle i fremtidens digitale teknologier. Nanopartikler kan hurtigt fortrænges, kræver lidt energi, og deres lille fodaftryk tilbyder stor lagerkapacitet – alle disse egenskaber gør dem velegnede til nye datalagringsapplikationer eller højopløsningsskærme.

Kolloider er små partikler, der er fint fordelt i en væske. Suspensioner af kolloide partikler er mest kendte for os som drikkevarer, kosmetik og maling. Med en diameter i intervallet ti til hundrede nanometer, en enkelt sådan partikel er usynlig for det blotte øje. Disse nanopartikler er konstant i bevægelse på grund af princippet om brunisk bevægelse. Da partiklerne er elektrisk ladede, de oplever kræfter af tiltrækning og frastødning, som kan udnyttes til at kontrollere og manipulere deres adfærd. I forsøg udført for fem år siden, Madhavi Krishnan, professor i fysisk kemi ved universitetet i Zürich, lykkedes med den kontrollerede rumlige manipulation af stof på nanometerskalaen. I en ny undersøgelse, hun og hendes kolleger har nu vist, at det ikke kun er muligt at rumligt begrænse nanopartikler, men også at kontrollere deres position og orientering i tid og at gøre det i en væske, uden at bruge fysisk kontakt.

Manipulation ved hjælp af elektriske og optiske signaler

UZH-forskerne har udviklet en metode, der gør det muligt at skabe nanostrukturer og manipulere dem på en fleksibel måde. De var i stand til at organisere de små partikler i nye strukturer med den største præcision og derefter manipulere deres bevægelse. "Manipulation er muliggjort af interaktionen med elektriske og optiske felter, " forklarer Madhavi Krishnan. Denne nye tilgang, der bruger intermolekylære interaktioner ved stuetemperatur, kræver ikke ultrakolde temperaturer. Den nye teknologi tilbyder også ekstrem hurtig drift med lav friktion.

Mindre, hurtigere og med mere lagerkapacitet

Denne teknik til at arrangere og manipulere kolloid bevægelse gør det muligt at udvikle helt nye materialer og enheder. "Nanopartikler har egenskaber, der er meget nyttige til digitale teknologier, og hver enkelt partikel kan nu bruges til at lagre og hente data", forklarer Madhavi Krishnan. Den målrettede manipulation af individuelle nanopartikler åbner op for nye muligheder for deres anvendelse, herunder i fremtidige datalagringsmedier eller i skærme med opløsninger, der hidtil har været svære at opnå. "Dette muliggør visninger i stil med Kindle-læseren med en pixelstørrelse, der er tusind gange mindre og en meget hurtigere responstid, "forklarer forskeren.