Een nieuwe methode om materialen te bouwen met licht, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, zou ooit technologieën mogelijk kunnen maken die vaak worden beschouwd als het rijk van sciencefiction, zoals onzichtbaarheidsmantels en verhulapparaten.

Hoewel verhulde ruimteschepen nog geruime tijd geen realiteit zullen zijn, de techniek die onderzoekers hebben ontwikkeld om materialen te construeren met bouwstenen van enkele miljardsten van een meter doorsnee, kan worden gebruikt om de manier waarop licht er doorheen vliegt te regelen, en werkt in één keer aan grote brokken. Details worden vandaag (28 juli) gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

De sleutel tot elk soort 'onzichtbaarheid'-effect ligt in de manier waarop licht interageert met een materiaal. Als licht een oppervlak raakt, het wordt geabsorbeerd of gereflecteerd, dat is wat ons in staat stelt om objecten te zien. Echter, door materialen op nanoschaal te construeren, het is mogelijk om 'metamaterialen' te produceren:materialen die kunnen bepalen hoe licht ermee omgaat. Licht dat door een metamateriaal wordt gereflecteerd, wordt op de 'verkeerde' manier gebroken, mogelijk objecten onzichtbaar maken, of ze als iets anders te laten verschijnen.

Metamaterialen hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, inclusief het detecteren en verbeteren van militaire stealth-technologie. Echter, voordat verhulde apparaten op grotere schaal werkelijkheid kunnen worden, onderzoekers moeten bepalen hoe ze op nanoschaal de juiste materialen kunnen maken, en het gebruik van licht blijkt nu een enorme hulp te zijn bij zo'n nanoconstructie.

De door het Cambridge-team ontwikkelde techniek omvat het gebruik van ongericht laserlicht als miljarden naalden, gouden nanodeeltjes aan elkaar naaien tot lange strengen, voor het eerst direct in het water. Deze snaren kunnen vervolgens in lagen op elkaar worden gestapeld, vergelijkbaar met Legoblokjes. De methode maakt het mogelijk om materialen in veel grotere hoeveelheden te produceren dan met de huidige technieken kan worden gemaakt.

Om de snaren te maken, de onderzoekers gebruikten eerst tonvormige moleculen die cucurbiturillen (CB's) worden genoemd. De CB's werken als miniatuurafstandhouders, waardoor een zeer hoge mate van controle over de afstand tussen de nanodeeltjes mogelijk is, ze op hun plaats te vergrendelen.

Om ze elektrisch aan te sluiten, de onderzoekers moesten een brug slaan tussen de nanodeeltjes. Conventionele lastechnieken zouden niet effectief zijn, omdat ze ervoor zorgen dat de deeltjes smelten. "Het gaat erom een ​​manier te vinden om die brug tussen de nanodeeltjes te controleren, " zei dr. Ventsislav Valev van het Cavendish-laboratorium van de universiteit, een van de auteurs van het artikel. "Een paar nanodeeltjes samenvoegen is prima, maar dat opschalen is een uitdaging."

De sleutel tot het beheersen van de bruggen ligt in de cucurbiturils:de precieze afstand tussen de nanodeeltjes geeft veel meer controle over het proces. Wanneer de laser is gericht op de deeltjesreeksen in hun CB-steigers, het produceert plasmonen:rimpelingen van elektronen op de oppervlakken van geleidende metalen. Deze overslaande elektronen concentreren de lichtenergie op atomen aan het oppervlak en verbinden ze om bruggen tussen de nanodeeltjes te vormen. Het gebruik van ultrasnelle lasers resulteert in miljarden van deze bruggen die zich snel achter elkaar vormen, de nanodeeltjes in lange strengen rijgen, die in realtime kunnen worden gevolgd.

"We hebben de afmetingen gecontroleerd op een manier die voorheen niet mogelijk was, " zei dokter Valev, die aan het project samenwerkte met onderzoekers van de afdeling Chemie en de afdeling Materials Science &Metallurgy. "Dit niveau van controle opent een breed scala aan potentiële praktische toepassingen."