Vad är den exakta ljusvägen inuti ett mycket spridande material som vit färg? Det här är en fråga som är omöjlig att svara på, eftersom partiklarna inuti färgen fördelas slumpmässigt. Detta, på samma gång, är en mycket attraktiv egenskap för tillämpning av fotonik i icke-hackbara säkerhetsapplikationer. Fortfarande, du skulle vilja titta inuti för att se vad som händer. Av denna anledning, forskare vid University of Twente (MESA+ Institute), byggde en ljusspridande mikrokub som är både slumpmässig och kontrollerad. Motstridigt som det verkar, detta är ett sätt att veta exakt vad som händer inuti. Forskningsresultaten finns i Avancerade optiska material .

Tidigare forskning av UT -forskare visade hur ljuset kan kontrolleras, även när den färdas genom slumpmässigt spridda medier som vit färg. Detta kan leda till ett kreditkort som inte kan hackas, eller nya applikationer för medicinsk bildbehandling. I korthet:Forskare vet hur ljus faller på ytorna, och kan till och med förutsäga hur det kommer ut. Men vägen den färdas emellan är okänd. Varför inte vända frågan, UT -forskarna tänkte:Låt oss skapa en struktur som vi vet exakt och som är slumpmässig samtidigt. I praktiken:låt oss göra en liten kub med hundratals nanoroder inuti. Även om de verkar organiserade i full slumpmässighet, du vet exakt var dessa stavar är, och därmed där ljuset är, när som helst.

Turkisk söt i mikrostorlek

Detta görs med hjälp av en precision 3D-utskriftsteknik som kallas direkt laserskrivning, tillgänglig på UT:s MESA+ NanoLab. Nanoroderna skrivs med en laser och ett speciellt gelmaterial. Efter härdning, materialet däremellan tvättas bort. En svampliknande kub finns kvar. Kubens storlek är 15 x 15 x 15 mikron, till exempel, med 400 till 2000 nanoroder inuti. Frågan är:Vilken del av infallsljuset kommer ut, och på vilket sätt påverkas detta av antalet stavar? För ett lägre antal stavar - mindre slumpmässighet - färre mer ljus rakt igenom materialet och lämnar den plats du kan förvänta dig. För högre siffror, ljus kommer också ut på andra platser, forskningen visar.

I deras tidigare publikation, med hjälp av en klassisk matematikparadox, UT -forskarna visade hur dessa stavar bör organiseras för att få en homogen fördelning över hela kuben. Detta är en tillverkningsutmaning, liksom:Även om strukturen ser bra ut från utsidan, det kan finnas en klump av härdad polymer i mitten av kuben som helt åsidosätter de önskade effekterna. Bilder med speciell röntgenmikroskopi, finns i Grenoble, visa att hela kuben består av de förväntade stavarna.

Denna forskning ger mer insikt om spridning av ljus i slumpmässigt organiserade material. Det hjälper till att definiera gränsvillkoren för applikationer inom informationssäkerhet eller bildbehandling, "säger forskningsledaren Pepijn Pinkse från gruppen Complex Photonic Systems, del av UT:s MESA+ Institute for Nanotechnology.

Pappret, "Deterministiska och kontrollerbara fotoniska spridningsmedier via direkt laserskrivning, "publiceras online i Avancerade optiska material .