Materiais de torção leve criados a partir de nano semicondutores podem ser um divisor

Os cientistas de Cornell desenvolveram uma nova técnica para transformar partículas simétricas de semicondutores em estruturas em espiral intrincadas e intrincadas-ou materiais “quirais”-produzir filmes com propriedades de leve extracorrem.

A descoberta, detalhada em um papel no diário Ciênciapoderia revolucionar as tecnologias que dependem do controle da polarização da luz, como shows, sensores e dispositivos de comunicações ópticas.

Os materiais quirais são especiais porque podem torcer a luz. Uma maneira de criá-los é através do acoplamento de exciton, onde a luz excita nanomateriais para formar excitons que interagem e compartilham energia entre si. Historicamente, os materiais quirais acoplados a exciton eram feitos de moléculas orgânicas à base de carbono. Criando -os a partir de semicondutores inorgânicos, premiados por sua estabilidade e propriedades ópticas ajustáveis, provou ser excepcionalmente desafiador devido ao controle preciso necessário sobre interações nanomateriais.

Cientistas do Laboratório de Richard D. Robinson, professor associado de ciência e engenharia de materiais em Cornell Engineering e autor sênior do estudo, superaram esse desafio empregando “aglomerados de tamanho mágico” feitos a partir de compostos semicondutores baseados em cádmio.

Clusters de tamanho mágico são nanopartículas únicas porque são cópias idênticas uma da outra, existindo apenas em tamanhos discretos, diferentemente de muitas nanopartículas que podem variar continuamente em tamanho. Pesquisas anteriores do grupo Robinson relataram que quando os nanoclusters foram processados ​​em filmes finoseles demonstraram Dicroísmo rounduma assinatura chave da quiralidade.

“O dicroísmo round significa que o materials absorve a luz polarizada circularmente com a mão esquerda e direita de maneira diferente, como como as roscas do parafuso ditam de que maneira algo torce”, explicou Robinson. “Percebemos que, controlando cuidadosamente a geometria de secagem do filme, poderíamos controlar sua estrutura e sua quiralidade. Vimos isso como uma oportunidade de trazer uma propriedade geralmente encontrada em materiais orgânicos para o mundo inorgânico”.

Os pesquisadores usaram a evaporação guiada por menisco para distorcer conjuntos de nanocluster linear em formas helicoidais, formando domínios homocirais com vários milímetros quadrados de tamanho. Esses filmes exibem uma resposta excepcionalmente grande, superando valores de registro relatados anteriormente para materiais semicondutores inorgânicos em quase duas ordens de magnitude.

“Estou empolgado com a versatilidade do método, que funciona com diferentes composições de nanocluster, permitindo -nos adaptar os filmes para interagir com a luz do ultravioleta ao infravermelho”, disse Thomas Ugra, um estudante de doutorado no campo de aplicado e Física de engenharia que liderou a pesquisa.

“A técnica de montagem imbui não apenas a quiralidade, mas também o alinhamento linear nas fibras de nanocluster enquanto elas depositam, tornando os filmes sensíveis a luz polarizada circularmente e linearmente, aumentando sua funcionalidade como sensores ópticos do tipo metamaterial”.

Essa descoberta pode revolucionar as tecnologias que dependem do controle da polarização da luz e levam a novas inovações, como telas 3D holográficas, computação quântica de temperatura ambiente, dispositivos ultra-baixa-potência ou diagnósticos médicos que analisam os níveis de glicose no sangue de maneira insutância. Os resultados também fornecem informações sobre a formação de estruturas quirais naturais, como o DNA, que poderia informar pesquisas futuras em biologia e nanotecnologia.

“Queremos entender como fatores como tamanho do cluster, composição, orientação e proximidade influenciam o comportamento quiróptico”, disse Robinson. “É uma ciência complexa, mas demonstrar isso em três sistemas materiais diferentes nos diz que há muito a explorar e abre novas portas para pesquisa e aplicações”.

Robinson disse que trabalhos futuros se concentrarão em estender a técnica a outros materiais, como nanoplatelas e Pontos quânticosbem como refinar o processo de processos de fabricação em escala industrial que revestem os dispositivos com filmes finos de materiais semicondutores.