"Nous avons essentiellement développé des matériaux photoniques accordables dont les propriétés peuvent être manipulées en changeant leur orientation avec des champs externes, " dit Yin, un professeur assistant de chimie. « Ces nanotiges avec une périodicité interne configurable représentent les structures photoniques les plus petites possibles qui peuvent diffracter efficacement la lumière visible. Ce travail ouvre la voie à la fabrication de structures photoniques magnétiquement réactives avec des dimensions considérablement réduites afin que la manipulation des couleurs avec une résolution plus élevée puisse être réalisée.

Les applications de la technologie comprennent la formation de motifs haute définition, affiches, des photos, écrans couleur écoénergétiques, et des appareils comme les feux de circulation qui utilisent régulièrement un ensemble de couleurs. D'autres applications sont la détection bio et chimique ainsi que l'étiquetage et l'imagerie biomédicale. Écrans couleur qui ne peuvent actuellement pas être vus facilement à la lumière du soleil - par exemple, un écran d'ordinateur portable - sera vu plus clairement et plus brillamment sur les appareils qui utilisent la technologie des nanotiges, car les tiges diffractent simplement une couleur à partir de la lumière visible incidente sur elles.

Les résultats de l'étude sont publiés en ligne aujourd'hui (14 mars) dans Angewandte Chemie . La recherche sera mise en évidence sur la couverture arrière d'un prochain numéro imprimé.

Dans le laboratoire, Yin et ses étudiants diplômés Yongxing Hu et Le He ont d'abord recouvert les molécules d'oxyde de fer magnétique d'une fine couche de silice. Ensuite, ils ont appliqué un champ magnétique pour assembler les particules en chaînes. Prochain, ils ont recouvert les chaînes d'une couche supplémentaire de silice pour permettre à une coque de silice de se former autour et de stabiliser la structure de la chaîne.

Selon les chercheurs, le moment de l'exposition au champ magnétique est d'une importance cruciale pour le succès de la formation de la chaîne, car il permet d'affiner l'espacement « interparticulaire » – la distance entre deux particules – au sein des chaînes photoniques. Ils rapportent que l'enchaînement des particules magnétiques doit être induit par une brève exposition à des champs externes pendant le processus de revêtement de silice afin que les particules restent temporairement connectées, permettant un dépôt de silice supplémentaire pour ensuite fixer les chaînes dans des tiges ou des fils mécaniquement robustes.

Ils rapportent également dans le document de recherche que l'espacement interparticulaire au sein des chaînes d'un échantillon peut être affiné en ajustant le moment de l'exposition au champ magnétique; la longueur des chaînes individuelles, qui n'affecte pas la couleur affichée, peut être contrôlé en modifiant la durée d'exposition au champ magnétique.

"Les nanobâtonnets photoniques que nous avons développés se dispersent aléatoirement en solution en l'absence de champ magnétique, mais s'alignent et montrent la couleur de diffraction instantanément lorsqu'un champ externe est appliqué, " a déclaré Yin. " C'est l'arrangement périodique des particules d'oxyde de fer qui diffracte efficacement la lumière visible et affiche des couleurs brillantes. "

Il a expliqué que tous les bâtonnets photoniques unidimensionnels d'un échantillon présentent une seule couleur car les particules s'arrangent avec une périodicité uniforme, c'est-à-dire l'espacement interparticulaire au sein de toutes les chaînes est le même, quelle que soit la longueur des chaînes individuelles. Plus loin, les chaînes photoniques restent séparées les unes des autres dans les champs magnétiques en raison de la force de répulsion magnétique qui agit perpendiculairement à la direction du champ magnétique.

Les chercheurs notent qu'un moyen simple et pratique de modifier la périodicité des tiges consiste à utiliser des grappes d'oxyde de fer de différentes tailles. Cette, ils se disputent, permettrait de produire des bâtonnets photoniques avec des longueurs d'onde de diffraction dans une large gamme de spectre allant du proche ultraviolet au proche infrarouge.

"Un avantage majeur de la nouvelle technologie est qu'elle ne nécessite pratiquement aucune énergie pour changer l'orientation des nanotiges et obtenir une luminosité ou une couleur, " dit Yin. " Un inconvénient actuel, cependant, est que l'espacement interparticulaire au sein des chaînes se fixe une fois le revêtement de silice appliqué, ne permettant aucune flexibilité et une seule couleur à afficher."

Son laboratoire travaille actuellement à l'obtention de la bistabilité des nanotiges. Si le laboratoire réussit, les nanotiges seraient capables de diffracter deux couleurs, un à la fois.

"Cela permettrait au même appareil ou pixel d'afficher une couleur pendant un certain temps et une couleur différente plus tard, " dit Yin, un boursier Cottrell.