(PhysOrg.com) -- In bevindingen die de onderzoekers drie jaar nodig hadden om te geloven, Ingenieurs van de Universiteit van Michigan en hun medewerkers hebben aangetoond dat licht zelf linten van nanodeeltjes kan verdraaien.

De resultaten zijn gepubliceerd in de huidige editie van Wetenschap .

Materie buigt en verdraait gemakkelijk licht. Dat is het mechanisme achter optische lenzen en polariserende 3D-filmbrillen. Maar de tegenovergestelde interactie is zelden waargenomen, zei Nicholas Kotov, hoofdonderzoeker van het project. Kotov is hoogleraar bij de faculteiten Chemische Technologie, Biomedische technologie en materiaalkunde en techniek.

Hoewel bekend is dat licht materie op moleculaire schaal beïnvloedt --- moleculen met een grootte van enkele nanometers buigen of verdraaien --- is het niet waargenomen dat het zulke drastische mechanische verdraaiing van grotere deeltjes veroorzaakte. De linten van nanodeeltjes in dit onderzoek waren tussen de één en vier micrometer lang. Een micrometer is een miljoenste van een meter.

"Ik geloofde het in het begin niet, " zei Kotov. "Om eerlijk te zijn, het kostte ons drie en een half jaar om erachter te komen hoe fotonen van licht kunnen leiden tot zo'n opmerkelijke verandering in starre structuren die duizend keer groter zijn dan moleculen."

Kotov en zijn collega's waren in deze studie begonnen om "superchirale" deeltjes te creëren --- spiralen van gemengde metalen op nanoschaal die theoretisch zichtbaar licht zouden kunnen focussen op stippen die kleiner zijn dan de golflengte. Materialen met deze unieke "negatieve brekingsindex" zouden Klingon-achtige onzichtbaarheidsmantels kunnen produceren, zei Sharon Glotzer, een hoogleraar bij de vakgroepen Chemical Engineering en Materials Science and Engineering die ook bij de experimenten betrokken was. De gedraaide nanodeeltjeslinten leiden waarschijnlijk naar de superchirale materialen, zeggen de professoren.

Om het experiment te beginnen, de onderzoekers verspreidden nanodeeltjes van cadmiumtelluride in een oplossing op waterbasis. Ze controleerden ze af en toe met krachtige microscopen. Na ongeveer 24 uur onder licht, de nanodeeltjes hadden zichzelf tot platte linten verzameld. Na 72 uur, ze hadden zich tijdens het proces verdraaid en samengebundeld.

Maar toen de nanodeeltjes in het donker werden achtergelaten, verschillend, lang, rechte linten gevormd.

"We ontdekten dat als we in het donker platte linten maken en ze dan verlichten, we zien een geleidelijke draaiing, draaien die toeneemt naarmate we meer licht schijnen, " zei Kotov. "Dit is in veel opzichten heel ongebruikelijk."

Het licht verdraait de linten door een sterkere afstoting tussen nanodeeltjes erin te veroorzaken.

Het gedraaide lint is een nieuwe vorm in nanotechnologie, zei Kotov. Naast superchirale materialen, hij bedenkt slimme toepassingen voor de vorm en de techniek waarmee ik het heb gemaakt. Sudhanshu Srivastava, een postdoctoraal onderzoeker in zijn lab, probeert de spiralen te laten draaien.

"Hij maakt hele kleine propellers om door vloeibare --- onderzeeërs op nanoschaal te bewegen, als je wil, " zei Kotov. "Je ziet dit motief van verwrongen structuren vaak in mobiliteitsorganen van bacteriën en cellen."

De onderzeeërs op nanoschaal kunnen mogelijk worden gebruikt voor het afleveren van medicijnen en in microfluïdische systemen die het lichaam nabootsen voor experimenten.

Dit nieuw ontdekte draaiende effect zou ook kunnen leiden tot micro-elektromechanische systemen die worden aangestuurd door licht. En het kan worden gebruikt in lithografie, of microchipproductie.

Glotzer en Aaron Santos, een postdoctoraal onderzoeker in haar lab, voerde computersimulaties uit die Kotov en zijn team hielpen beter te begrijpen hoe de linten zich vormen. De simulaties toonden aan dat onder bepaalde omstandigheden, de complexe combinatie van krachten tussen de tetraëdrisch gevormde nanodeeltjes zou kunnen samenspannen om linten te produceren van precies de breedte die in de experimenten werd waargenomen. Een tetraëder is een piramidevormig, driedimensionaal veelvlak.

"De precieze balans van krachten die leidt tot de zelfassemblage van linten is zeer onthullend, " zei Glotzer. "Het zou kunnen worden gebruikt om andere nanostructuren te stabiliseren die zijn gemaakt van niet-bolvormige deeltjes. Het gaat erom hoe de deeltjes zichzelf willen inpakken."