Kalifornijos universiteto chemikai sukūrė mažytes nanomatmenų geležies oksido dalelių lazdeles, kurių reakcija į išorinį magnetinį lauką galėtų būti ateityje panaudota tobulinant vaizdinės informacijos pateikimą.
Ankstesniuose tyrimuose Yadong Yin laboratorijoje dirbantys mokslininkai buvo nustatę, kad paveikus išoriniu lauku geležies oksido daleles, esančias tirpale, tirpalas pakeičia spalvą. Spalvos intensyvumas priklauso nuo lauko krypties ir stiprumo. Dabartiniame darbe jie sugebėjo padengti geležies oksido daleles silicio dioksido medžiaga. Tokios apvilktos dalelės tirpale suformuoja tiesiškai sujungtas sferas ir sudaro mažytes grandinėles arba nanolazdeles, kurios išlaiko savo formą. Išoriniu magnetiniu lauku paveikus tirpalą su nanolazdelėmis, nanolazdelės išsirikiuoja lygiagrečiai viena kitai, kaip mažyčių žibintuvėlių rinkinys nukreiptas viena kryptimi. Tirpalas pradeda šviesti ryškia spalva.
„Mes iš tikrųjų sukūrėme valdomą fotoninę medžiagą, kurios savybės gali būti keičiamos priklausomai nuo išorinio lauko krypties ir stiprumo, - pasakė chemijos profesorius Yin. - Šios nanolazdelės su konfiguruojamu vidiniu periodiškumu atitinka mažiausias įmanomas fotonines struktūras, kurios gali efektyviai sklaidyti šviesą. Darbas atveria kelią naujų fotoninių struktūrų, kurių savybės gali būti keičiamos magnetiniu lauku, gamybai. Kadangi tokių medžiagų matmenys yra labai maži, tai spalvų valdymas galimas su žymiai didesne skiriamąja geba“.
Technologija gali būti pritaikoma gaminant didelės skiriamosios gebos struktūras, mažai energijos naudojančius monitorius. Spalvoti monitoriai, kurie praranda savo ryškumą saulės šviesoje, pavyzdžiui, nešiojamų kompiuterių ekranai, išlaikytų visas rodomo vaizdo spalvas, jei įrenginys naudotų nanolazdelių technologijas, nes nanolazdelės paprasčiausiai išsklaido matomos šviesos spindulius.
Mokslininkų darbas yra atspausdintas „Angewandte Chemie“ žurnale. Darbe jie aprašo, kaip pradžioje padengė magnetines geležies oksido molekules plonyčiu silicio dioksido sluoksniu. Tada dalelės buvo paveiktos išoriniu magnetiniu lauku, kad jos sukibtų į grandinėles. Susidariusios grandinėlės vėl buvo padengtos papildomu silicio dioksido sluoksniu, kuris stabilizavo visą grandinėlės struktūrą.
Paveiksliuke geležies oksido dalelės (Fe3O4) yra padengiamos silicio dioksido (SiO2) dalelėmis ir, veikiant išoriniam magnetiniam laukui, susiformuoja grandinėlės. Papildomas silicio dioksido sluoksnis sutvirtina grandinėles ir suformuoja nanolazdeles.
Pasak mokslininkų, labai svarbu yra, kiek laiko magnetinis laukas veikia grandinėlių formavimąsi, nes tai lemia tarpdalelinį atstumą fotoninėje grandinėlėje. Jungiant magnetines daleles į grandinėles, magnetinio lauko poveikis turi būti trumpalaikis. Ir tai turi būti atlikta tuo metu, kai dalelės dengiamos silicio dioksido galutiniu sluoksniu tam, kad dalelės dengimo metu išliktų susijungusios. Silicio dioksidas sukabina grandinėlę į mechaniškai tvirtą lazdelę.
Magnetinio lauko poveikio trukmė lemia tarpdalelinį atstumą, o tai reiškia, kad nuo magnetinio lauko poveikio priklauso ir atskiros grandinėlės ilgis. Tačiau nuo grandinėlės ilgio nepriklauso difrakcinė spalva.
„Mūsų sukurtos fotoninės nanodalelės tolygiai pasklinda tirpale nesant magnetiniam laukui. Paveikus laukui, jos išsirikiuoja ir tirpalas iš karto nušvinta difrakcine spalva, - pasakė Yin. - Periodinis geležies dioksido dalelių išsirikiavimas efektyviai sklaido matomą šviesą ir tai pasireiškia ryškia viso tirpalo spalva“.
Jis paaiškino, kad visos viendimensinės fotoninės nanolazdelės šviečia viena spalva, kadangi dalelės grandinėlėje išsidėsto vienodais atstumais. Tarpdalelinis atstumas kiekvienoje nanolazdelėje yra toks pat, nepriklausomai nuo grandinėlės ilgio. Ir dar svarbu tai, kad fotoninės grandinėlės tirpale būna erdviškai atskirtos viena nuo kitos dėl magnetinės stūmos, veikiančios tarp dalelių statmenai išorinio lauko krypčiai.
Mokslininkai pažymėjo, kad paprasčiausias ir lengviausias kelias, norint pakeisti tarpdalelinį atstumą, yra skirtingo dydžio geležies oksido klasterių naudojimas. Jie mano, kad tai sudarytų sąlygas pagaminti fotonines nanolazdeles, kurios pasižymėtu skirtingu difrakcinės bangos ilgiu. Difrakcinės bangos ilgis galėtų kisti plačiame bangų diapazone nuo ultravioletinių iki infraraudonųjų bangų.
„Vienas pagrindinių dabartinės technologijos pranašumų yra tame, kad reikia labai mažai energijos, norint keisti nanolazdelių orientaciją ir gauti ryškią tirpalo spalvą, - sakė Yin. - O pagrindinis trūkumas susijęs su fiksuotu tarpdaleliniu atstumu grandinėlėje. Fiksuotas tarpdalelinis atstumas atsiranda padengus grandinėlę silicio dioksidu, ir tai reiškia, kad negalima keisti nanodalelės spalvos pagal pageidavimą“.
Laboratorijoje dabar bandoma sukurti nanolazdeles, pasižyminčias dvejomis stabiliomis būsenomis. Jei pasisektų tai padaryti, nanolazdelės galėtų šviesti dvejomis spalvomis vienu metu.
„Tai leis įrenginiui pradžioje šviesti viena spalva, kuri paskui pasikeis“, – pasakė Yin.
