Metamaterialen, beroemd vergeleken met de onzichtbare mantel van Harry Potter, zijn kunstmatige nanostructuren die zijn ontworpen om de eigenschappen van licht te manipuleren. De praktische toepassing van deze technologie in het dagelijks leven hangt echter af van de commercialisering van het productieproces, wat aanzienlijke kosten met zich meebrengt.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Junsuk Rho van de afdeling Werktuigbouwkunde en de afdeling Chemische Technologie, onderzoeker Won-Geun Kim en Ph.D. kandidaat Hongyoon Kim van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) heeft een aanpak bedacht.

Hun methode combineert driedimensionaal nanoprinten met co-assemblagetechnologie, waardoor metamaterialen een stap dichter bij commerciële beschikbaarheid komen. Deze onderzoeksresultaten zijn opgenomen in Small .

Traditioneel worden metamaterialen vervaardigd door fysieke en chemische lagen aan te brengen op materialen zoals silicium en hars (plastic), gevolgd door een proces dat lithografie wordt genoemd. Helaas is deze methode zowel duur als beperkt in termen van toepasbare materialen. Als gevolg hiervan heeft de academische gemeenschap onlangs haar focus verlegd naar het creëren van metamaterialen door het assembleren van deeltjes in plaats van het kostbare proces van oppervlaktescheren.

In dit onderzoek gebruikte het onderzoeksteam een ​​combinatie van driedimensionaal nanoprinten en co-assemblagetechnieken. Aanvankelijk vervaardigden ze framboosachtige metammoleculen door gebruik te maken van silica (glas) en gouden nanodeeltjes van verschillende groottes. Vervolgens werden deze framboosachtige structuren op elkaar gestapeld, wat resulteerde in de succesvolle creatie van metamaterialen van millimeterformaat.

In wezen heeft het onderzoeksteam een ​​procestechnologie bedacht die de kosteneffectieve productie van metamaterialen in de gewenste vormen mogelijk maakt, in tegenstelling tot conventionele en duurdere methoden.

De uitgevoerde experimenten toonden de lichtcontrolerende mogelijkheden aan van metamaterialen die door het proces van het team werden gegenereerd. Er was met name een aanzienlijke vermindering van het verstrooide licht binnen het zichtbare gebied. Dit onderzoek markeert het eerste voorbeeld van het verifiëren van de optische eigenschappen van metammoleculen in oplossing met behulp van structuren van millimetergrootte.

Deze aanpak maakt het mogelijk om resultaten met het blote oog of via een eenvoudige microscoopopstelling te observeren, waardoor er geen gespecialiseerde apparatuur voor verificatie nodig is. Bovendien bereikte het team een ​​verfijnde controle over de optische eigenschappen door de verhouding van silica- en gouden nanodeeltjes in het metamateriaal aan te passen.

Professor Junsuk Rho, die het onderzoek leidde, verklaarde:"Deze doorbraak maakt het ontwerp en de implementatie van nanofotonen in vrije vorm mogelijk, waarmee de beperkingen van bestaande fabricageprocessen van metamaterialen worden overtroffen. De veelzijdigheid van deze technologie biedt een breed scala aan materiaalkeuzes, waaronder kwantumdots, katalysatordeeltjes en polymeren, waardoor het toepasbaar is op diverse gebieden, van sensoren tot displays, naast metamateriaalonderzoek."

Meer informatie: Won-Geun Kim et al., Vrijstaande, vrije vorm-metamoleculevezels die kunstmatig optisch magnetisme afstemmen, Klein (2023). DOI:10.1002/klein.202303749

Journaalinformatie: Klein

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie