Genom att finjustera avståndet mellan nanopartiklar i ett enda lager, forskare har gjort ett filter som kan växla mellan en spegel och ett fönster.
Utvecklingen kan hjälpa forskare att skapa specialmaterial vars optiska egenskaper kan ändras i realtid. Dessa material kan sedan användas för applikationer från avstämbara optiska filter till kemiska miniatyrsensorer.
Att skapa ett "avstämbart" material - ett som kan kontrolleras exakt - har varit en utmaning på grund av de små skalorna som är inblandade. För att justera de optiska egenskaperna hos ett enda lager av nanopartiklar - som bara är tiotals nanometer stora - måste utrymmet mellan dem ställas in exakt och enhetligt.
För att bilda lagret, forskargruppen från Imperial College London skapade förutsättningar för guldnanopartiklar att lokalisera vid gränssnittet mellan två vätskor som inte blandas. Genom att applicera en liten spänning över gränssnittet, laget har kunnat visa ett avstämbart nanopartikelskikt som kan vara tätt eller gles, möjliggör växling mellan en reflekterande spegel och en transparent yta. Forskningen publiceras idag i Naturmaterial .
Studera medförfattare professor Joshua Edel, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Det är en riktigt bra balans - länge kunde vi bara få nanopartiklarna att klumpa ihop sig när de samlades, snarare än att vara exakt fördelade. Men många modeller och experiment har fört oss till den punkt där vi kan skapa ett verkligt avstämbart lager. "
Avståndet mellan nanopartiklarna avgör om skiktet tillåter eller reflekterar olika våglängder av ljus. I en ytterlighet, alla våglängder reflekteras, och skiktet fungerar som en spegel. I den andra ytterligheten, där nanopartiklarna sprids, alla våglängder tillåts via gränssnittet och det fungerar som ett fönster.
I motsats till tidigare nanoskopiska system som använde kemiska medel för att ändra de optiska egenskaperna, lagets elsystem är reversibelt.
Studera medförfattare professor Alexei Kornyshev, från Institutionen för kemi vid Imperial, sade:"Att hitta de rätta förutsättningarna för att uppnå reversibilitet krävde fin teori; annars hade det varit som att söka efter en nål i en höstack. Det var anmärkningsvärt hur nära teorin matchade experimentella resultat."
Medförfattare professor Anthony Kucernak, även från Institutionen för kemi, kommenterade:"Att omsätta teori i praktiken kan vara svårt, eftersom man alltid måste vara medveten om gränserna för materiell stabilitet, så att hitta de rätta elektrokemiska förhållandena under vilka effekten kan inträffa var utmanande. "
Professor Kornyshev tillade:"Hela projektet möjliggjordes bara av den unika kunskapen och förmågan och entusiasmen hos de unga lagmedlemmarna, inklusive Dr Yunuen Montelongo och Dr Debarata Sikdar, bland andra som alla har mångsidig expertis och bakgrund. "
