Wat is het exacte pad van licht in een sterk verstrooiend materiaal zoals witte verf? Dit is een vraag die onmogelijk te beantwoorden is, omdat de deeltjes in de verf willekeurig worden verdeeld. Dit, tegelijkertijd, is een zeer aantrekkelijke eigenschap voor het toepassen van fotonica in niet-hackbare beveiligingstoepassingen. Nog altijd, je zou graag binnen willen kijken om te zien wat er gebeurt. Om deze reden, onderzoekers van de Universiteit Twente (MESA+ Instituut), bouwde een lichtverstrooiende microkubus die zowel willekeurig als gecontroleerd is. Hoe tegenstrijdig het ook lijkt, dit is een manier om precies te weten wat er binnen gebeurt. De onderzoeksresultaten zijn binnen Geavanceerde optische materialen .

Eerder onderzoek van UT-onderzoekers toonde aan hoe licht gestuurd kan worden, zelfs wanneer het door willekeurig verspreide media zoals witte verf reist. Dit kan leiden tot een creditcard die niet kan worden gehackt, of nieuwe medische beeldvormingstoepassingen. In het kort:onderzoekers weten hoe licht op de oppervlakken valt, en kan zelfs voorspellen hoe het eruit komt. Maar het pad dat het daartussen aflegt, is onbekend. Waarom draai je de vraag niet om, de UT-wetenschappers dachten:laten we een structuur maken die we precies kennen en die tegelijkertijd willekeurig is. In de praktijk:laten we een kleine kubus maken met daarin honderden nanostaafjes. Hoewel ze in volledige willekeur georganiseerd lijken, je weet precies waar deze hengels zijn, en dus waar het licht is, op elk moment.

Micro-sized Turks snoepje

Dit wordt gedaan met behulp van een precisie 3D-printtechnologie genaamd direct laserschrijven, verkrijgbaar bij het MESA+ NanoLab van de UT. De nanostaafjes zijn geschreven met een laser en een speciaal gelmateriaal. Na uitharding, het materiaal ertussen wordt weggespoeld. Er blijft een sponsachtige kubus over. De afmeting van de kubus is 15 x 15 x 15 micron, bijvoorbeeld, met 400 tot 2000 nanostaafjes erin. De vraag is:welk deel van het invallende licht komt naar buiten, en op welke manier wordt dit beïnvloed door het aantal staven? Voor een lager aantal staafjes - minder willekeur - gaat er meer licht dwars door het materiaal en komt het uit op de locatie die je zou verwachten. Voor hogere aantallen, licht komt ook op andere plaatsen naar buiten, blijkt uit het onderzoek.

In hun eerdere publicatie met behulp van een klassieke wiskundige paradox, de UT-onderzoekers lieten zien hoe deze staafjes georganiseerd moeten worden om een ​​homogene verdeling over de hele kubus te krijgen. Dit is een productie-uitdaging, ook:ook al ziet de structuur er van buiten geweldig uit, er kan een klomp gehard polymeer in het midden van de kubus zijn die de gewenste effecten volledig opheft. Beelden met behulp van speciale röntgenmicroscopie, verkrijgbaar in Grenoble, laat zien dat de hele kubus uit de verwachte staafjes bestaat.

Dit onderzoek geeft meer inzicht in het verstrooien van licht in willekeurig georganiseerde materialen. Het helpt bij het definiëren van de randvoorwaarden voor toepassingen in informatiebeveiliging of beeldvorming, " zegt onderzoeksleider Pepijn Pinkse van de groep Complex Photonic Systems, onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT.

De krant, "Deterministische en controleerbare fotonische verstrooiingsmedia via direct laserschrijven, " wordt online gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen .