För första gången någonsin, forskare har lyckats skapa arrangemang av kolloider – små partiklar suspenderade i en lösning – och, viktigt, de har lyckats kontrollera sin rörelse med hög precision och hastighet. Tack vare denna nya teknik utvecklad av forskare vid universitetet i Zürich, kolloidala nanopartiklar kan spela en roll i framtidens digitala teknologier. Nanopartiklar kan snabbt förskjutas, kräver lite energi och deras lilla yta erbjuder stor lagringskapacitet – alla dessa attribut gör dem väl lämpade för nya datalagringsapplikationer eller högupplösta skärmar.

Kolloider är små partiklar som är fint fördelade i en vätska. Suspensioner av kolloidala partiklar är mest bekanta för oss som drycker, kosmetika och färger. Vid en diameter i intervallet tio till hundra nanometer, en enda sådan partikel är osynlig för blotta ögat. Dessa nanopartiklar är ständigt i rörelse på grund av principen om Brownsk rörelse. Eftersom partiklarna är elektriskt laddade, de upplever krafter av attraktion och avstötning som kan utnyttjas för att kontrollera och manipulera deras beteende. I experiment som utfördes för fem år sedan, Madhavi Krishnan, Professor i fysikalisk kemi vid universitetet i Zürich, lyckats med kontrollerad rumslig manipulation av materia på nanometerskalan. I en ny studie, hon och hennes kollegor har nu visat att det inte bara är möjligt att spatialt begränsa nanopartiklar, men också att kontrollera sin position och orientering i tid och att göra det i en vätska, utan att använda fysisk kontakt.

Manipulation med hjälp av elektriska och optiska signaler

UZH-forskarna har utvecklat en metod som gör det möjligt att skapa nanostrukturer och manipulera dem på ett flexibelt sätt. De kunde organisera de små partiklarna i nya strukturer med största precision och sedan manipulera deras rörelse. "Manipulation möjliggörs av interaktionen med elektriska och optiska fält, " förklarar Madhavi Krishnan. Denna nya metod som använder intermolekylära interaktioner vid rumstemperatur kräver inte ultrakalla temperaturer. Den nya tekniken erbjuder också extremt snabb drift med låg friktion.

Mindre, snabbare och med mer lagringskapacitet

Denna teknik för att arrangera och manipulera kolloidrörelser gör det möjligt att utveckla helt nya material och anordningar. "Nanopartiklar har egenskaper som är mycket användbara för digital teknik, och varje enskild partikel kan nu användas för att lagra och hämta data", förklarar Madhavi Krishnan. Den riktade manipulationen av individuella nanopartiklar öppnar upp nya alternativ för deras tillämpning, inklusive i framtida datalagringsmedia eller i skärmar med upplösningar som hittills varit svåra att uppnå. "Detta möjliggör visningar i linje med Kindle-läsaren med en pixelstorlek som är tusen gånger mindre och en mycket snabbare svarstid, " förklarar forskaren.