Voor de eerste keer ooit, onderzoekers zijn erin geslaagd om arrangementen van colloïden te creëren - kleine deeltjes die in een oplossing zijn gesuspendeerd - en, belangrijk, ze zijn erin geslaagd om hun beweging met hoge precisie en snelheid te controleren. Dankzij deze nieuwe techniek, ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Zürich, colloïdale nanodeeltjes kunnen een rol spelen in de digitale technologieën van de toekomst. Nanodeeltjes kunnen snel worden verplaatst, vereisen weinig energie en hun kleine footprint biedt een grote opslagcapaciteit - al deze kenmerken maken ze zeer geschikt voor nieuwe toepassingen voor gegevensopslag of displays met hoge resolutie.

Colloïden zijn minuscule deeltjes die fijn verdeeld zijn door een vloeistof. Suspensies van colloïdale deeltjes zijn ons het meest bekend als dranken, cosmetica en verf. Met een diameter in het bereik van tien tot honderd nanometer, een enkel dergelijk deeltje is onzichtbaar voor het blote oog. Deze nanodeeltjes zijn constant in beweging vanwege het principe van Brownse beweging. Omdat de deeltjes elektrisch geladen zijn, ze ervaren krachten van aantrekking en afstoting die kunnen worden aangewend om hun gedrag te beheersen en te manipuleren. In experimenten die vijf jaar geleden werden uitgevoerd, Madhavi Krishnan, Hoogleraar Fysische Chemie aan de Universiteit van Zürich, slaagde in de gecontroleerde ruimtelijke manipulatie van materie op nanometerschaal. In een nieuwe studie, zij en haar collega's hebben nu aangetoond dat het niet alleen mogelijk is om nanodeeltjes ruimtelijk op te sluiten, maar ook om hun positie en oriëntatie in de tijd te controleren en dit in een vloeistof te doen, zonder fysiek contact te gebruiken.

Manipulatie met behulp van elektrische en optische signalen

De UZH-onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die het mogelijk maakt om op flexibele wijze nanostructuren te maken en te manipuleren. Ze waren in staat om de kleine deeltjes met de grootste precisie in nieuwe structuren te ordenen en vervolgens hun beweging te manipuleren. "Manipulatie wordt mogelijk gemaakt door de interactie met elektrische en optische velden, ", legt Madhavi Krishnan uit. Deze nieuwe benadering, waarbij gebruik wordt gemaakt van intermoleculaire interacties bij kamertemperatuur, vereist geen ultrakoude temperaturen. De nieuwe technologie biedt ook een extreem snelle en wrijvingsarme werking.

Kleiner, sneller en met meer opslagcapaciteit

Deze techniek voor het ordenen en manipuleren van colloïdale beweging maakt het mogelijk om volledig nieuwe materialen en apparaten te ontwikkelen. "Nanodeeltjes hebben eigenschappen die zeer nuttig zijn voor digitale technologieën, en elk afzonderlijk deeltje kan nu worden gebruikt om gegevens op te slaan en op te halen", legt Madhavi Krishnan uit. De gerichte manipulatie van individuele nanodeeltjes opent nieuwe mogelijkheden voor hun toepassing, ook in toekomstige gegevensopslagmedia of in beeldschermen met resoluties die tot nu toe moeilijk te bereiken waren. "Dit maakt weergaven in de trant van de Kindle-lezer mogelijk met een pixelgrootte die duizend keer kleiner is en een veel snellere responstijd, ’ legt de wetenschapper uit.