Ερευνητές του KAIST ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για τον έλεγχο της φοράς περιστροφής του κυκλικά πολωμένου φωτός, χωρίς να απαιτείται η σύνθεση πολύπλοκων νέων υλικών. Η τεχνική βασίζεται αποκλειστικά στον τρόπο με τον οποίο οργανώνονται τα μόρια σε μικροσκοπικές δομές.
Μικροσκοπικοί ανεμόμυλοι από συμμετρικά μόρια
Το κυκλικά πολωμένο φως μπορεί να περιστρέφεται είτε δεξιόστροφα είτε αριστερόστροφα και αποτελεί σημαντικό εργαλείο για τεχνολογίες όπως οι οθόνες, οι οπτικές επικοινωνίες και τα συστήματα ασφαλείας.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Dong Ki Yoon, περιόρισε χωρικά συμμετρικά μόρια υγρών κρυστάλλων και χρησιμοποίησε ηλεκτρικό πεδίο για να δημιουργήσει μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με ανεμόμυλους.
Στη συνέχεια, οι δομές μεταφέρθηκαν μόνιμα σε πολυμερικές νανοΐνες. Με την προσθήκη λιγότερου από 1% ενός χειρόμορφου πρόσθετου, οι ερευνητές κατάφεραν να κατευθύνουν τις δομές προς την ίδια φορά.
Η δομή αλλάζει το φως
Η χειρομορφία περιγράφει αντικείμενα που δεν μπορούν να ταυτιστούν με το κατοπτρικό τους είδωλο, όπως συμβαίνει με το αριστερό και το δεξί χέρι.
Μέχρι σήμερα, η δημιουργία χειρόμορφων οπτικών υλικών απαιτούσε συχνά πολύπλοκη σύνθεση ασύμμετρων μορίων ή σημαντικές ποσότητες χειρόμορφων ουσιών. Η νέα προσέγγιση δείχνει ότι παρόμοιες οπτικές ιδιότητες μπορούν να προκύψουν απλώς από διαφορετική διάταξη των ίδιων συμμετρικών μορίων.
Όταν ένα συμβατικό φωτοεκπέμπον υλικό τοποθετήθηκε πάνω στις μικροσκοπικές δομές, το εκπεμπόμενο κυκλικά πολωμένο φως άλλαζε φορά περιστροφής ανάλογα με τον προσανατολισμό των «ανεμόμυλων».
Εφαρμογές σε οθόνες και επικοινωνίες
Η τεχνική μπορεί να επιτρέψει τον έλεγχο της πόλωσης σε μεγάλη επιφάνεια, χωρίς να απαιτείται η ανάπτυξη διαφορετικού φωτοεκπέμποντος υλικού για κάθε εφαρμογή.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε οθόνες επόμενης γενιάς, συσκευές επαυξημένης και εικονικής πραγματικότητας, αισθητήρες πόλωσης, οπτικές επικοινωνίες και τεχνολογίες κατά της παραχάραξης.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Communications και παρουσιάζει μια διαφορετική φιλοσοφία σχεδιασμού οπτικών υλικών: αντί να αλλάζει η χημική σύσταση του υλικού, αλλάζει ο τρόπος με τον οποίο οργανώνονται τα μόριά του.