Две золотые чешуйки, использованные для формирования самосборного резонатора

Две золотые чешуйки, использованные для формирования самосборного резонатора

Для изучения материалов на наноуровне ученым постоянно приходится создавать сложную структуру, в которой будут помещаться материалы – трудоемкий и сложный процесс. Однако представьте, если бы существовал метод, при котором конструкция могла бы просто построить сама себя?

<img alt=" Две золотые чешуйки, использованные для формирования самосборного резонатора. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38301_163853233219966.jpg "width =" 800 "height =" 800 "height =" 800 "height =" 800 "height =" 800 "height =" "362" />
Притягивал золотые хлопья. Исследователи из Технологического университета Чалмерса обнаружили, что две золотые нанофлейки могут соединяться друг с другом исключительно за счет естественных сил, образуя универсальную наноскопическую структуру, полезную для исследования новых физических явлений. (Изображение предоставлено: Технологический университет Чалмерса | Йен Страндквист).

Это именно то, что ученые из Технологического университета Чалмерса, Швеция, теперь описывают в статье, опубликованной в журнале Nature . Их исследование открывает путь к новым открытиям.

Изучение наноматериалов может облегчить изучение совершенно новых свойств и взаимодействий. Чтобы реализовать это, в основном требуются различные типы «резонаторов» – в данном контексте это означает объект, внутри которого отражается свет, подобно тому, как звук отражается внутри корпуса гитары.

В настоящее время ученые, работающие на физическом факультете Технологического университета Чалмерса, узнали, как можно спроектировать и отрегулировать ранее известную версию резонатора, состоящую из двух параллельных зеркал, гораздо проще, чем считалось ранее. .

Создание высококачественного стабильного резонатора, как мы сделали, обычно сложно и требует много часов в лаборатории. Но здесь мы увидели, что это происходит само по себе, реагируя на естественные силы и не требуя подвода внешней энергии. Вы можете практически сделать наш резонатор у себя на кухне – он создается при комнатной температуре, с использованием обычной воды и небольшого количества соли.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Сам Шегай был поражен характером открытия, сделанного в лаборатории.

Самособирающаяся и растущая система

Шегай и его коллеги заметили, что когда две крошечные золотые чешуйки – диаметром 5000 нм и толщиной всего 30 нм – сталкиваются друг с другом в соленом водном растворе, возникает взаимодействие, которое заставляет их образовывать пару.

Обе золотые чешуйки заряжены положительно, поскольку водный раствор покрывает их двойными слоями ионов. Это приводит к отталкивающей электростатической силе, но из-за мгновенного воздействия чего-то известного как «эффект Казимира» также формируется сила притяжения, и устанавливается устойчивый баланс, вызывающий расстояние между хлопьями около 150 нм.

Две нанофластинки располагаются друг напротив друга, между ними образовалась полость, и они остаются стабильными в этой ориентации в течение нескольких недель наблюдений. Затем полость работает как оптический резонатор, устройство, которое предлагает ряд возможностей для исследования различных физических явлений.

После того, как золотые чешуйки образовали пару, они остаются на своих местах, и ученые также стали свидетелями того, что, если их не разделять активно, все больше и больше кусочков золота ищут друг друга и образуют более крупную группировку. Это означает, что структура, только за счет естественных сил, может расти и создавать более стимулирующие возможности для ученых.

Структуру можно дополнительно использовать, добавляя больше соли в водный раствор, изменяя температуру или освещая его лазерами, что может привести к некоторым интригующим наблюдениям.

В этом случае интересно то, что внутри резонатора появляются цвета. То, что мы видим, по сути представляет собой самосборный цвет. Он сочетает в себе много интересной и фундаментальной физики, но в то же время его очень легко сделать. Иногда физика может быть такой удивительной и такой красивой.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Изучение точки пересечения света и материи

Затем конструкцию можно использовать в качестве камеры для исследования материалов и их поведения. Помещая двумерный материал толщиной всего в несколько атомных слоев в полости или модифицируя полость, можно также формировать «поляритоны» – гибридные частицы, которые позволяют анализировать точку встречи между светом и материя.

Наша структура теперь может быть добавлена ​​к общему набору инструментов методов самосборки. Благодаря своей универсальности, его можно было использовать для изучения как фундаментальной, так и прикладной физики.

Баттулга Мунхбат, научный сотрудник и первый автор исследования, физический факультет Чалмерского университета

По словам авторов исследования, нет никаких препятствий для масштабирования структуры для использования более крупных золотых чешуек, которые можно увидеть невооруженным глазом, что может открыть путь к еще большим перспективам.

В будущем я мог бы увидеть, что эта платформа будет использоваться для изучения поляритонов более простым способом, чем это возможно сегодня. Другая область может заключаться в использовании цветов, созданных между золотыми хлопьями, например в пикселях, для создания различных типов значений RGB, где каждый цвет может быть проверен на наличие различных комбинаций. Также могут быть приложения в биосенсорах, оптомеханике или наноробототехнике.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Ссылка на журнал:

Munkhbat, B., и др. . (2021) Перестраиваемые самосборные микрорезонаторы Казимира и поляритоны. Природа . doi.org/10.1038/s41586-021-03826-3.

Источник: https://www.chalmers.se/en/Pages/default.aspx[19459009visible

Source link