(PhysOrg.com) -- I fynd som det tog tre år för försöksledaren att tro, Ingenjörer från University of Michigan och deras medarbetare har visat att ljus i sig kan vrida band av nanopartiklar.

Resultaten publiceras i den aktuella upplagan av Vetenskap .

Materia böjer och vrider lätt ljus. Det är mekanismen bakom optiska linser och polariserande 3D-filmglasögon. Men den motsatta interaktionen har sällan observerats, sa Nicholas Kotov, huvudutredare för projektet. Kotov är professor vid avdelningarna för kemiteknik, Biomedicinsk teknik och materialvetenskap och teknik.

Även om ljus har varit känt för att påverka materia på molekylär skala --- att böja eller vrida molekyler några nanometer stora --- har det inte observerats orsaka en sådan drastisk mekanisk vridning till större partiklar. Nanopartikelbanden i denna studie var mellan en och fyra mikrometer långa. En mikrometer är en miljondels meter.

"Jag trodde inte på det i början, " sa Kotov. "För att vara ärlig, det tog oss tre och ett halvt år att verkligen ta reda på hur fotoner av ljus kan leda till en sådan anmärkningsvärd förändring i stela strukturer som är tusen gånger större än molekyler."

Kotov och hans kollegor hade i denna studie bestämt sig för att skapa "superkirala" partiklar --- spiraler av blandade metaller i nanoskala som teoretiskt kunde fokusera synligt ljus till fläckar som är mindre än dess våglängd. Material med detta unika "negativa brytningsindex" kan vara kapabla att producera Klingon-liknande osynlighetskappor, sa Sharon Glotzer, en professor vid institutionerna för kemiteknik och materialvetenskap och teknik som också var involverad i experimenten. De vridna nanopartikelbanden leder sannolikt till de superkirala materialen, säger professorerna.

För att börja experimentet, forskarna spred nanopartiklar av kadmiumtellurid i en vattenbaserad lösning. De kollade på dem periodvis med kraftfulla mikroskop. Efter cirka 24 timmar under ljus, nanopartiklarna hade satt ihop sig själva till platta band. Efter 72 timmar, de hade vridit sig och hopat sig under processen.

Men när nanopartiklarna lämnades i mörkret, distinkt, lång, raka band bildas.

"Vi upptäckte att om vi gör platta band i mörkret och sedan lyser upp dem, vi ser en gradvis vridning, vridning som ökar när vi lyser mer ljus, " sade Kotov. "Detta är mycket ovanligt på många sätt."

Ljuset vrider banden genom att orsaka en starkare repulsion mellan nanopartiklar i dem.

Det tvinnade bandet är en ny form inom nanoteknik, sa Kotov. Förutom superkirala material, han tänker sig smarta tillämpningar för formen och tekniken som används för att skapa den. Sudhanshu Srivastava, en postdoktor i sitt labb, försöker få spiralerna att rotera.

"Han tillverkar väldigt små propellrar för att röra sig genom flytande ubåtar i nanoskala, om du vill, " sade Kotov. "Man ser ofta detta motiv av vridna strukturer i rörlighetsorgan av bakterier och celler."

Ubåtarna i nanoskala kan tänkas användas för läkemedelsleveranser och i mikrofluidsystem som efterliknar kroppen för experiment.

Denna nyupptäckta vridningseffekt kan också leda till mikroelektromekaniska system som styrs av ljus. Och det kan användas i litografi, eller mikrochipproduktion.

Glotzer och Aaron Santos, en postdoktor i hennes labb, utförde datorsimuleringar som hjälpte Kotov och hans team att bättre förstå hur banden bildas. Simuleringarna visade att under vissa omständigheter, den komplexa kombinationen av krafter mellan de tetraedriskt formade nanopartiklarna kunde konspirera för att producera band med bara den bredd som observerades i experimenten. En tetraeder är en pyramidformad, tredimensionell polyeder.

"Den exakta balansen av krafter som leder till självmontering av band är mycket avslöjande, " sade Glotzer. "Det kan användas för att stabilisera andra nanostrukturer gjorda av icke-sfäriska partiklar. Allt handlar om hur partiklarna vill packa sig själva."