Medios nanofotónicos con propiedades quiro-ópticas excepcionales

Los investigadores han desarrollado un método para crear una estructura compleja que antes solo se encontraba en la naturaleza, lo que les permitirá manipular y controlar la luz de nuevas formas.

Según una nueva investigación realizada por científicos de la universidad de birmingham, la estructura, que existe naturalmente en las escamas de las alas de ciertas especies de mariposas, puede funcionar como un cristal fotónico. Se puede utilizar para regular la luz en el rango visible del espectro, así como para láseres, sensores y dispositivos de captación de energía solar.

Su estudio computacional, que fue publicado en la revista Materiales avanzadosmuestra que la compleja estructura giroide puede autoensamblarse a partir de partículas coloidales de diseño de cientos de nanómetros de tamaño.

El giroide se conoce comúnmente como una superficie curva que divide el espacio en dos canales entrelazados. Cada uno de estos canales puede ser representado por una red de vértices enlazados con triple conectividad que se mueven en espiral a través del espacio en una de dos direcciones, derecha o izquierda.

Este giro hace que cada red sea quiral, lo que significa que las imágenes especulares, como las manos izquierda y derecha, no se pueden superponer. Esto es importante porque la quiralidad le da al cristal fotónico propiedades ópticas adicionales.

Cuando dos redes de sentido opuesto se unen como una estructura de doble giroide, se pierde la quiralidad. Esto sucede en algunos sistemas sintéticos.

Los investigadores presentan una estructura de giroide de celosía única hecha de esferas coloidales como objetivo para el autoensamblaje, la forma natural de construir arquitecturas, antes de crear los principios de diseño para fabricar esta estructura de cristal quiral en simulaciones por computadora.

Esta es una nueva y emocionante forma de fabricar medios nanofotónicos con propiedades quiroópticas excepcionales y personalizadas, con un control inmenso sobre sus propiedades..

Dra. Angela Demetriadou, coautora del estudio, Escuela de Física y Astronomía

Hasta ahora, las estructuras de diamante han recibido la mayor atención en el campo de los cristales fotónicos coloidales autoensamblados. El autoensamblaje de diamantes coloidales presenta varios desafíos, incluido el requisito de elegir la forma cúbica sobre su contraparte hexagonal para aplicaciones prácticas como cristales fotónicos en dispositivos ópticos.

El enfoque recientemente desarrollado utiliza esferas irregulares con una superficie decorada por un diseñador para codificar información de la estructura objetivo: el giroide coloidal único. Las decoraciones de la superficie son pegajosas y atraen partículas para formar la estructura de la red.

Además, el trabajo demuestra que el giroide coloidal único tiene propiedades ópticas intrigantes debido a su quiralidad, que falta en una estructura de diamante.

Hasta donde sabemos, este es el primer informe de autoensamblaje directo de estructuras giroides coloidales únicas a partir de bloques de construcción de diseño. Esperamos que nuestro nuevo enfoque estimule más investigaciones en el campo del autoensamblaje coloidal, especialmente los esfuerzos experimentales para aprovechar este emocionante desarrollo..

Dr. Dwaipayan Chakrabarti, autor correspondiente del estudio, Escuela de Química, Universidad de Birmingham

Esta expectativa es compartida por el profesor Stefano Sacanna, profesor de la Universidad de Nueva York con experiencia líder en síntesis coloidal y autoensamblaje de nuevos materiales que no participa en este estudio.

Con su trabajo, Chakrabarti y sus colegas están llamando la atención de la comunidad de autoensamblaje coloidal hacia un nuevo y emocionante objetivo. Usando solo esferas con un diseño irregular inteligente, sus caminos ascendentes hacia estructuras giroides coloidales allanan el camino para una nueva generación de cristales fotónicos experimentalmente factibles..

Stefano Sacanna, Profesor, Universidad de Nueva York

Referencia de la revista

Flavel, W. y otros. (2023) Autoensamblaje programado de un giroide coloidal único para cristales fotónicos quirales. Materiales avanzados. doi.org/10.1002/adma.202211197.

Fuente: https://www.birmingham.ac.uk