"Help me, Obi-Wan Kenobi. Jij bent mijn enige hoop." Voor velen van degenen die bij de release van Star Wars in 1977 waren, die scène was een eerste kennismaking met hologrammen - een echte technologie die al ongeveer 15 jaar bestaat.

Dus waarom maken hologrammen of aanverwante optische apparaten nog geen deel uit van ons dagelijks leven? De technologieën kunnen worden gecreëerd door magnetische velden te gebruiken om het pad van licht te veranderen, maar de materialen die dat kunnen zijn duur, broos en ondoorzichtig. Sommige werken alleen bij temperaturen zo koud als het vacuüm van de ruimte.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Michigan en de Federale Universiteit van Sao Carlos in Brazilië hebben aangetoond dat goedkope nanodeeltjes in een gel traditionele materialen kunnen vervangen tegen drastisch lagere kosten. En hun aanpak werkt bij kamertemperatuur.

Het opent een wereld van mogelijkheden voor het gebruik van magnetische velden om licht te moduleren, met toepassingen in autonome voertuigsensoren, communicatie in de ruimte en optische draadloze netwerken.

Daten, dure zeldzame aardmetalen zoals europium, cerium en yttrium zijn gebruikt om aan te tonen hoe het pad, snelheid en intensiteit van optische, of op licht gebaseerde, signalen kunnen worden bestuurd met magnetische velden. Deze mogelijkheid wordt al commercieel gebruikt in high-speed glasvezel internetkabels. Maar de kosten en temperatuurbehoeften van de elementen hebben de technologie ervan weerhouden om meer te gebruiken.

Een kosteneffectieve, kamertemperatuuroplossing voor magnetische controle van gedraaid licht kan 3D-displays voor de massamarkt mogelijk maken, holografische projectoren en nieuwe generatie lichtdetectie en -bereik (LIDAR). LIDAR is een van de belangrijkste technologieën die autonome voertuigen "zicht" geven.

"Veel bedrijven en laboratoria ontwikkelden spannende prototypes met behulp van magneto-optische technologie, " zei Nicholas Kotov, UM's Florence V. Cejka hoogleraar chemische technologie, die het project leidde. "Maar hun technologische acceptatie is tot nu toe beperkt vanwege de fundamentele materiaalproblemen met zeldzame-aarde-magneto-optica. Het was alsof je de Rubik's Cube-puzzel probeerde op te lossen. Je krijgt één eigendom goed, maar verliest de anderen."

In een studie gepubliceerd in Wetenschap , de onderzoekers laten zien dat ze nanodeeltjes kunnen gebruiken op basis van goedkoop kobaltoxide - een witgekleurde, magnetische halfgeleider - om gedraaid licht goed te regelen met behulp van magnetische velden. De truc, vonden de onderzoekers, was om de nanodeeltjes zelf te verdraaien door ze te coaten met aminozuren. De draai kan rechts- of linkshandig zijn - een eigenschap die chiraliteit wordt genoemd.

De chiraliteit van de nanodeeltjes veroorzaakte een verhoogde gevoeligheid voor magnetisme en versterkte ook de interacties met gedraaid licht - meer formeel aangeduid als 'circulair gepolariseerd licht'. De onderzoekers toonden aan dat door de nanodeeltjes in een transparante, elastisch, gel op kamertemperatuur, ze zouden de intensiteit van circulair gepolariseerd licht kunnen veranderen door een magnetisch veld aan te leggen.

"Dit opent de weg naar de brede verspreiding van magneto-optische apparaten met opwindende mogelijkheden die opduiken in 3D-schermen en realtime holografie - allemaal gebruikmakend van circulair gepolariseerd licht, " zei Kotov, die ook hoogleraar materiaalkunde en techniek is. "Verder, de kleine omvang van de nanodeeltjes maakt hun gebruik in computertechniek en grootschalige productie van magneto-optische composieten mogelijk."