Optisk metacage blokerer lys fra at komme ind eller slippe ud

(Phys.org) - Fysikere har bygget et nanotrådsbur, der blokerer en eller flere lysbølgelængder for enten at komme ind eller slippe ud, alligevel tillader væsker og gasser at passere gennem de små huller mellem nanotråde. Den "optiske metacage" drager fordel af de optiske egenskaber ved nanotrådstrukturer, og kunne have applikationer, herunder beskyttelse af mikroorganismer mod stråling, optisk afskærmning af nanofotoniske komponenter, og laserdrevet medicinlevering.

Forskerne, Ali Mirzaei, et al., ved Australian National University, har udgivet et papir om den optiske metacage i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vi har introduceret en ny klasse af optiske og elektromagnetiske afskærmningsstrukturer baseret på nanotråde, "Fortalte Mirzaei Phys.org . "Disse strukturer, som vi kalder metacages, kan tilvejebringe enten bredt eller smalt bånd elektromagnetisk afskærmning. Bemærkelsesværdigt, metacages kan designes med store huller mellem nanotråde, med plads nok til at væsker og gasser frit kan passere igennem. Metakagernes diskrete karakter giver stor fleksibilitet ved design af afskærmningsstrukturer med næsten vilkårlige former. "

På nogle måder, den optiske metacage ligner en usynlighedskappe, da begge typer enheder beskytter genstande mod elektromagnetisk stråling. Imidlertid, den optiske metacage forbliver synlig, mens usynlige kapper ikke gør det. I modsætning til usynlighedskapper, den optiske metacage kan afskærme genstande med vilkårlig form, som forskerne demonstrerede ved at bygge en metacage i form af Australien.

Den optiske metacage kan være fremstillet af forskellige typer nanotråde (halvledere, keramik, eller metaller) med forskellige laglag, herunder to- og trelags strukturer. Nanotrådene er placeret således, at hullerne mellem dem er omtrent på størrelse med nanotrådsradius. Lys kan ikke passere gennem disse huller, fordi nanotråde absorberer lys, der kommer inden for dette tætte område. Grænselinjerne mellem det område, hvor lyset er tæt nok til at blive absorberet af nanotråden, og det område, hvor det flyder rundt om nanotråden uden at blive absorberet, kaldes "separatrices".

For at blokere lyset for at passere gennem metacagen, nanotrådene selv behøver ikke at overlappe hinanden, men separatriser for tilstødende nanotråde skal overlappe hinanden. Det er derfor, metacagen kan have huller, mens den stadig blokerer lystransmission. Beregning af separatpriser kræver ikke kun regnskab for individuelle nanotråde, men også interaktionerne mellem flere nanotråde.

Den optiske metacage kan designes til at blokere en lang række bølgelængder ved at justere hullernes størrelse. Ved at reducere hulstørrelsen til ca. 5-20 nm, forskerne viste, at det er muligt at afskærme båndbredder på op til 600 nm, som er stor nok til at afskærme hele det synlige område. Metakager kan også designes til at blokere to forskellige bølgelængder samtidigt (f.eks. 440 nm og 600 nm), samtidig med at lys fra andre bølgelængder kan passere igennem.

Selvom disse huller er relativt små, de er store nok til at tillade væske- og gasmolekyler at passere igennem. Denne evne gør metacagerne lovende til biologiske anvendelser, hvor de kan bruges til at beskytte levende mikroorganismer og celler mod stråling, samtidig med at næringsstoffer og vand kan komme ind for at holde de levende ting i live.

Metacagerne kan også bruges i optiske kredsløb, hvor de optisk kunne isolere kredsløbskomponenter for at eliminere uønsket interferens. En anden potentiel anvendelse er i levering af lægemidler, hvor bure indeholdende lægemidler kunne bruges til kontrolleret frigivelse af lægemidler.

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge disse applikationer yderligere og designe nye metacage -konfigurationer.

"Ideen om at overlappe separatriserne og blokere bølgeudbredelsen med arranger af nanotråde kan udvides til andre nanostrukturer, såsom nanosfærer, der kan danne komplette 3D -metakager, "Sagde Mirzaei.

© 2015 Phys.org