Door de afstand tussen nanodeeltjes in een enkele laag fijn af te stemmen, onderzoekers hebben een filter gemaakt dat kan wisselen tussen een spiegel en een raam.

De ontwikkeling kan wetenschappers helpen bij het maken van speciale materialen waarvan de optische eigenschappen in realtime kunnen worden gewijzigd. Deze materialen kunnen vervolgens worden gebruikt voor toepassingen van afstembare optische filters tot miniatuur chemische sensoren.

Het creëren van een 'afstembaar' materiaal - een materiaal dat nauwkeurig kan worden gecontroleerd - was een uitdaging vanwege de kleine schalen. Om de optische eigenschappen van een enkele laag nanodeeltjes - die elk slechts tientallen nanometers groot zijn - af te stemmen, moet de ruimte ertussen precies en uniform worden ingesteld.

Om de laag te vormen, het team van onderzoekers van Imperial College London creëerde de voorwaarden voor gouden nanodeeltjes om te lokaliseren op het grensvlak tussen twee vloeistoffen die niet mengen. Door een kleine spanning over de interface aan te leggen, het team heeft een afstembare nanodeeltjeslaag kunnen demonstreren die dicht of dun kan zijn, waardoor kan worden geschakeld tussen een reflecterende spiegel en een transparant oppervlak. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in Natuurmaterialen .

Studie co-auteur Professor Joshua Edel, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Het is een heel fijne balans - lange tijd konden we de nanodeeltjes alleen laten samenklonteren als ze samenklonterden, in plaats van nauwkeurig gespreid te zijn. Maar veel modellen en experimenten hebben ons op het punt gebracht waarop we een echt afstembare laag kunnen creëren."

De afstand tussen de nanodeeltjes bepaalt of de laag verschillende golflengten van licht toelaat of reflecteert. Aan het ene uiterste, alle golflengten worden gereflecteerd, en de laag fungeert als een spiegel. Aan het andere uiterste, waar de nanodeeltjes zijn verspreid, alle golflengten zijn toegestaan ​​door de interface en het fungeert als een venster.

In tegenstelling tot eerdere nanoscopische systemen die chemische middelen gebruikten om de optische eigenschappen te veranderen, het elektrische systeem van het team is omkeerbaar.

Studie co-auteur professor Alexei Kornyshev, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Het vinden van de juiste omstandigheden om omkeerbaarheid te bereiken vereiste een fijne theorie; anders zou het zijn geweest als zoeken naar een speld in een hooiberg. Het was opmerkelijk hoe goed de theorie overeenkwam met de experimentele resultaten."

Co-auteur Professor Anthony Kucernak, ook van het departement Chemie, merkte op:"Theorie in praktijk brengen kan moeilijk zijn, aangezien men zich altijd bewust moet zijn van materiële stabiliteitsgrenzen, dus het vinden van de juiste elektrochemische omstandigheden waaronder het effect kon optreden was een uitdaging."

Professor Kornyshev voegde toe:"Het hele project werd alleen mogelijk gemaakt door de unieke knowhow en capaciteiten en het enthousiasme van de jonge teamleden, waaronder dr. Yunuen Montelongo en dr. Debarata Sikdar, onder andere die allemaal verschillende expertises en achtergronden hebben."