(PhysOrg.com) -- Ett spel i nanoskala av "nu ser du det, nu gör du det inte" kan bidra till skapandet av metamaterial med användbara optiska egenskaper som aktivt kan kontrolleras, enligt forskare vid Rice University.

Ett rislaboratorium under ledning av kemisten Stephan Link har upptäckt ett sätt att använda flytande kristaller för att kontrollera ljus som sprids från guld nanorods. Forskarna använder spänning för att känsligt manipulera inriktningen av flytande kristallmolekyler som växelvis blockerar och avslöjar ljus från partiklarna; guldnanoroderna samlar in och återsänder ljus i en specifik riktning.

Forskningen rapporterades i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

Det verkar enkelt, men Link sa att tekniken tog två år att förfina till den punkt där ljuset från nanopartiklarna kunde kontrolleras helt.

"Nyckeln till vårt tillvägagångssätt är rotation i planet av flytande kristallmolekyler som täcker individuella guld nanorods som fungerar som optiska antenner, sa Link, en biträdande professor i kemi och el- och datateknik. "Att lära oss hur våra enheter fungerar var spännande och har gett oss många idéer om hur man kan manipulera ljus i nanoskala."

Link sa att enheten faktiskt är en superhalvvågsplatta, en förfinad version av en standardenhet som ändrar ljusets polarisering.

Med den nya enheten, teamet förväntar sig att kunna kontrollera ljus från vilken nanostruktur som helst som sprider sig, absorberar eller avger ljus, även kvantprickar eller kolnanorör. "Ljuset behöver bara vara polariserat för att detta ska fungera, sa Link, som studerar nanopartiklars plasmoniska egenskaper och författade nyligen ett perspektiv på sin grupps senaste forskning inom plasmonik för Journal of Physical Chemistry Letters. (Se en video av Link och hans team här.)

I polariserat ljus, som solljus som reflekteras från vattnet, ljusets vågor är inriktade i ett visst plan. Genom att ändra riktningen för deras inriktning, flytande kristaller kan tunably blockera eller filtrera ljus.

Rice-teamet använde guld nanorods som sin polariserade ljuskälla. Stavarna fungerar som optiska antenner; när den är upplyst, deras ytplasmoner återutsänder ljus i en specifik riktning.

I deras experiment, teamet placerade slumpmässigt deponerade nanorods i en rad alternerande elektroder på en glasskiva; de tillsatte ett flytande kristallbad och ett täckglas. En polyimidbeläggning på det övre täckglaset tvingade de flytande kristallerna att orientera sig parallellt med elektroderna.

Flytande kristaller i denna homogena fas blockerade ljuset från nanorods som vändes åt ett håll, samtidigt som ljus från nanorods pekade en annan väg passera genom en polarisator till detektorn.

Det som hände då var anmärkningsvärt. När teamet applicerade så lite som fyra volt på elektroderna, flytande kristaller som flyter i närheten av nanoroderna anpassade sig till det elektriska fältet mellan elektroderna medan kristaller ovanför elektroderna, fortfarande under påverkan av täckglasbeläggningen, stannade kvar.

Den nya konfigurationen av kristallerna - kallad en vriden nematisk fas - fungerade som en slutare som ändrade nanorodernas signaler som ett trafikljus.

"Vi tror inte att denna effekt beror på guldnanoroderna, " sa Link. "Vi kan ha andra nanoobjekt som reagerar med ljus på ett polariserat sätt, och sedan kunde vi modulera deras intensitet. Det blir en avstämbar polarisator."

Avgörande för experimentets framgång var gapet - i närheten av 14 mikron - mellan toppen av elektroderna och botten av täckglaset. "Tjockleken på detta gap bestämmer mängden rotation, ", sa Link. "Eftersom vi skapade det vridna nematiska planet och har en viss tjocklek, vi får alltid 90 graders rotation. Det är det som gör den till en superhalvvågsplatta."

Link ser stor potential för tekniken när den används med en rad nanopartiklar orienterade i specifika riktningar, där varje partikel skulle vara helt kontrollerbar, som en switch.