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Os cientistas criaram uma forma de fabricar uma estrutura complexa, anteriormente encontrada apenas na natureza, para abrir novas formas de manipular e controlar a luz.
A estrutura, que ocorre naturalmente nas escamas das asas de algumas espécies de borboletas, pode funcionar como um cristal fotônico, de acordo com um novo estudo de pesquisadores da Universidade de Birmingham. Ele pode ser usado para controlar a luz na faixa visível do espectro, para aplicações de lasers, sensores e também dispositivos para captação de energia solar.
Seu estudo computacional, publicado em Materiais avançadosdemonstra que a complexa estrutura do giroide pode ser automontada a partir de partículas coloidais projetadas na faixa de centenas de nanômetros.
O giroide é normalmente conhecido como uma superfície curva, que divide o espaço em dois canais entrelaçados. Cada um desses canais pode ter uma representação em rede de vértices vinculados com conectividade tripla e saca-rolhas através do espaço em uma direção específica, direita ou esquerda. Essa torção torna cada rede quiral – as imagens espelhadas não podem ser sobrepostas umas às outras, como as mãos esquerda e direita. Isso é importante porque a quiralidade confere propriedades ópticas adicionais a um cristal fotônico.
A quiralidade é perdida, no entanto, quando as duas redes de lateralidades opostas estão juntas na forma da estrutura de giroide duplo. Isso ocorre em certos sistemas sintéticos.
Neste trabalho, a equipe de pesquisadores apresenta primeiro uma estrutura de giroide de rede única construída a partir de esferas coloidais como um alvo para automontagem – a maneira natural de construir arquiteturas – antes de estabelecer os princípios de design para fabricar essa estrutura cristalina quiral em simulações de computador. .
A Dra. Angela Demetriadou, co-autora da Escola de Física e Astronomia, disse: “Esta é uma maneira nova e empolgante de fabricar mídia nanofotônica com propriedades quiro-ópticas excepcionais e personalizadas, com imenso controle sobre suas propriedades”.
Até agora, o foco na automontagem de cristais fotônicos coloidais tem sido principalmente em estruturas de diamante. A automontagem do diamante coloidal apresenta uma série de desafios, incluindo a exigência de selecionar a forma cúbica em vez de sua contraparte hexagonal para suas aplicações práticas como cristais fotônicos em dispositivos ópticos.
A nova abordagem estabelecida neste trabalho envolve esferas irregulares, que têm uma superfície decorada para codificar as informações da estrutura alvo – o único giroide coloidal. As partes decoradas da superfície são pegajosas para reunir as partículas para formar a estrutura da rede. Além disso, o trabalho mostra que o único giroide coloidal também possui propriedades ópticas intrigantes em virtude de sua quiralidade, que falta em uma estrutura de diamante.
Dr Dwaipayan Chakrabarti, o autor correspondente da Escola de Química da Universidade de Birmingham, disse: “Até onde sabemos, este é o primeiro relatório de auto-montagem direta de estruturas coloidais simples de giroscópios de blocos de construção projetados. Nós Esperamos que nossa nova abordagem estimule novas investigações no campo da automontagem coloidal, especialmente esforços experimentais para desenvolver esse desenvolvimento empolgante.”
Essa empolgação é repetida pelo professor Stefano Sacanna, professor da Universidade de Nova York com experiência líder mundial na síntese de colóides e automontagem de novos materiais, que não está envolvido neste estudo. Ele disse: “Com seu trabalho, Chakrabarti e seus colegas de trabalho trazem um novo alvo empolgante à atenção da comunidade de automontagem coloidal. caminho para uma nova geração de cristais fotônicos alcançáveis experimentalmente.”
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