Un écran de smartphone capable de produire des images 3D devra être capable de tordre la lumière qu'il émet. Maintenant, Des chercheurs de l'Université du Michigan et de l'Université Ben Gourion du Néguev ont découvert un moyen de produire en masse des semi-conducteurs en spirale capables de faire exactement cela.
En 1962, Les ingénieurs de l'Université du Michigan, E. Leith et J. Upatnieks, ont dévoilé des images 3D réalistes grâce à l'invention de l'holographie pratique. Les premières images holographiques d'oiseau dans un train ont été réalisées en créant des ondes lumineuses stationnaires avec des taches lumineuses et sombres dans l'espace, qui crée une illusion d'objet matériel. Il a été rendu possible en contrôlant la polarisation et la phase de la lumière, c'est-à-dire la direction et le moment des fluctuations des ondes électromagnétiques.
Les hélices semi-conductrices créées par l'équipe dirigée par U-M peuvent faire exactement cela avec des photons qui les traversent, réfléchi de, et émis par eux. Ils peuvent être incorporés dans d'autres dispositifs semi-conducteurs pour faire varier la polarisation, phase, et la couleur de la lumière émise par les différents pixels, chacun d'eux est fabriqué à partir d'hélices semi-conductrices conçues avec précision.
Jusqu'à maintenant, fabriquer des spirales de semi-conducteurs avec une torsion suffisamment forte - rappelant les pâtes fusilli à l'échelle nanométrique - était une perspective difficile car l'état tordu n'est pas naturel pour les matériaux semi-conducteurs. Ils forment généralement des feuilles ou des fils. Mais Nicolas Kotov, Le professeur de génie chimique Joseph B. et Florence V. Cejka et son équipe ont trouvé un moyen de guider l'attachement de petites nanoparticules semi-conductrices les unes aux autres en apprenant des structures tordues de la nature :les protéines et l'ADN.
"Les acides aminés sont les éléments constitutifs par excellence des protéines, " dit Wenchun Feng, un chercheur post-doctoral dans le laboratoire de Kotov et l'auteur principal. "La direction de la spirale des protéines est déterminée par la propriété géométrique des acides aminés. Nous avons découvert qu'un acide aminé commun, cystéine, travailler ensemble en grand nombre peut tordre non seulement les protéines, mais aussi les semi-conducteurs."
L'équipe a enrobé des nanoparticules à base de tellurure de cadmium, un semi-conducteur capable d'émettre de la lumière, avec de la cystéine. Les molécules de cystéine se présentent sous deux formes qui sont des images miroir l'une de l'autre, elle est donc connue sous le nom de molécule "chirale". Ils ont observé les nanoparticules s'auto-assemblant spontanément en « tornades » semi-conductrices suivant la chiralité droite ou gauche de l'acide aminé.
L'une des découvertes inattendues de l'équipe était la fidélité de ce processus d'auto-assemblage et la force de la torsion des hélices. Presque toutes – 98% – des hélices semi-conductrices avaient la même direction de torsion et ressemblaient en effet à des fusilli à l'échelle nanométrique. Certaines molécules organiques peuvent former des spirales organiques, trop, mais la capacité de torsion de la lumière des hélices semi-conductrices fabriquées par Kotov et ses collègues est au moins cinq fois plus forte et peut varier en fonction du champ électrique.
Quand ils brillaient de la lumière à travers les semi-conducteurs, ils ont enregistré les photons tourbillonnant à travers eux. Grâce à une combinaison d'expériences et de simulations informatiques, les chercheurs ont développé des principes et des méthodes de conception pour l'ingénierie des propriétés optiques des hélices semi-conductrices pour les différentes couleurs dans les futurs dispositifs d'holographie.
L'une des conséquences inattendues de ce projet axé sur la technologie a été d'avoir un aperçu des mystères entourant la façon dont la vie a pu survenir sur Terre et pourquoi de nombreuses molécules biologiques suivent de manière fiable une spirale dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Kotov suggère que les acides aminés, qui sont connus pour se former spontanément dans la poussière spatiale, peut avoir assemblé des nanoparticules en spirales qui ont tordu la lumière des premières étoiles, servant de modèles inorganiques stables pour que les molécules et particules organiques suivent le même modèle.
Le travail est décrit dans un article dans Science Advances intitulé, "Assemblage d'hélices à mésoéchelle avec un excès énantiomérique proche de l'unité et des interactions lumière-matière pour les semi-conducteurs chiraux." Consultez le résumé sur advances.sciencemag.org/content/3/3/e1601159 .
