(PhysOrg.com) - Dans des découvertes qui ont pris trois ans aux expérimentateurs pour y croire, Les ingénieurs de l'Université du Michigan et leurs collaborateurs ont démontré que la lumière elle-même peut tordre des rubans de nanoparticules.

Les résultats sont publiés dans l'édition actuelle de Science .

La matière plie et tord facilement la lumière. C'est le mécanisme derrière les verres optiques et les lunettes de cinéma 3D polarisantes. Mais l'interaction inverse a rarement été observée, dit Nicolas Kotov, chercheur principal sur le projet. Kotov est professeur dans les départements de génie chimique, Génie biomédical et science et génie des matériaux.

Alors que la lumière est connue pour affecter la matière à l'échelle moléculaire --- courber ou tordre des molécules de quelques nanomètres de taille --- elle n'a pas été observée causant une torsion mécanique aussi drastique à des particules plus grosses. Les rubans de nanoparticules de cette étude mesuraient entre un et quatre micromètres de long. Un micromètre est un millionième de mètre.

"Je n'y croyais pas au début, " a déclaré Kotov. " Pour être honnête, il nous a fallu trois ans et demi pour vraiment comprendre comment les photons de lumière peuvent conduire à un changement aussi remarquable dans des structures rigides mille fois plus grosses que des molécules. »

Kotov et ses collègues avaient entrepris dans cette étude de créer des particules "superchirales" --- des spirales de métaux mixtes à l'échelle nanométrique qui pourraient théoriquement concentrer la lumière visible sur des points plus petits que sa longueur d'onde. Les matériaux avec cet "indice de réfraction négatif" unique pourraient être capables de produire des capes d'invisibilité de type Klingon, dit Sharon Glotzer, un professeur des départements de génie chimique et de science et génie des matériaux qui a également participé aux expériences. Les rubans de nanoparticules torsadées sont susceptibles de conduire aux matériaux superchiraux, disent les professeurs.

Pour commencer l'expérience, les chercheurs ont dispersé des nanoparticules de tellurure de cadmium dans une solution à base d'eau. Ils les vérifiaient par intermittence avec de puissants microscopes. Après environ 24 heures sous la lumière, les nanoparticules s'étaient assemblées en rubans plats. Après 72 heures, ils s'étaient tordus et regroupés dans le processus.

Mais lorsque les nanoparticules ont été laissées dans le noir, distinct, longue, des rubans droits se forment.

"Nous avons découvert que si nous fabriquons des rubans plats dans le noir et que nous les illuminons ensuite, nous voyons une torsion progressive, torsion qui augmente à mesure que nous brillons plus de lumière, " a déclaré Kotov. "C'est très inhabituel à bien des égards."

La lumière tord les rubans en provoquant une répulsion plus forte entre les nanoparticules qu'ils contiennent.

Le ruban torsadé est une nouvelle forme en nanotechnologie, dit Kotov. Outre les matériaux superchiraux, il envisage des applications intelligentes pour la forme et la technique utilisée pour la créer. Sudhanshu Srivastava, un chercheur postdoctoral dans son laboratoire, essaie de faire tourner les spirales.

"Il fabrique de très petites hélices pour se déplacer dans les fluides --- des sous-marins à l'échelle nanométrique, si vous voulez, " a déclaré Kotov. "Vous voyez souvent ce motif de structures tordues dans les organes de mobilité des bactéries et des cellules."

Les sous-marins à l'échelle nanométrique pourraient éventuellement être utilisés pour l'administration de médicaments et dans des systèmes microfluidiques qui imitent le corps pour des expériences.

Cet effet de torsion nouvellement découvert pourrait également conduire à des systèmes microélectromécaniques contrôlés par la lumière. Et il pourrait être utilisé en lithographie, ou la production de puces électroniques.

Glotzer et Aaron Santos, une chercheuse postdoctorale dans son laboratoire, effectué des simulations informatiques qui ont aidé Kotov et son équipe à mieux comprendre comment les rubans se forment. Les simulations ont montré que dans certaines circonstances, la combinaison complexe de forces entre les nanoparticules de forme tétraédrique pourrait concourir à produire des rubans de la largeur observée lors des expériences. Un tétraèdre est une pyramide, polyèdre tridimensionnel.

« Le rapport de forces précis conduisant à l'auto-assemblage des rubans est très révélateur, " Glotzer a déclaré. "Il pourrait être utilisé pour stabiliser d'autres nanostructures faites de particules non sphériques. Tout dépend de la façon dont les particules veulent s'emballer. »