Nanokirigami ha despegado como un campo de investigación en los últimos años; el enfoque se basa en las antiguas artes del origami hacer formas tridimensionales doblando papel y kirigami que permite cortar y doblar pero aplicadoa materiales planos a nanoescala, medidos en milmillonésimas de metro.
Ahora, los investigadores del MIT y de China han aplicado por primera vez este enfoque a la creación de nanodispositivos para manipular la luz, potencialmente abriendo nuevas posibilidades para la investigación y, en última instancia, la creación de nuevas comunicaciones basadas en la luz, detección odispositivos computacionales.
Los hallazgos se describen hoy en la revista Avances científicos , en un artículo del profesor de ingeniería mecánica del MIT Nicholas X Fang y otros cinco. Utilizando métodos basados en la tecnología estándar de fabricación de microchips, Fang y su equipo utilizaron un haz de iones enfocado para hacer un patrón preciso de hendiduras en una lámina de metal solo unUnas pocas decenas de nanómetros de grosor. El proceso hace que la lámina se doble y se tuerza en una forma tridimensional compleja capaz de filtrar selectivamente la luz con una polarización particular.
Fang dice que los intentos anteriores para crear dispositivos funcionales de kirigami han utilizado métodos de fabricación más complicados que requieren una serie de pasos de plegado y se han dirigido principalmente a funciones mecánicas en lugar de ópticas. Por el contrario, los nuevos nanodispositivos pueden formarse en un solopaso plegable y podría utilizarse para realizar una serie de funciones ópticas diferentes.
Para estos dispositivos iniciales de prueba de concepto, el equipo produjo un equivalente nanomecánico de filtros dicroicos especializados que pueden filtrar la luz polarizada circularmente que es "diestra" o "zurda". Para ello, crearonun patrón de unos pocos cientos de nanómetros de ancho en la delgada lámina de metal; el resultado se asemeja a las cuchillas del molinete, con un giro en una dirección que selecciona el giro de luz correspondiente.
La torsión y la flexión de la lámina se producen debido a las tensiones introducidas por el mismo haz de iones que corta a través del metal. Cuando se usan haces de iones con dosis bajas, se crean muchas vacantes, y algunos de los iones terminan alojados en la red cristalinadel metal, empujando el enrejado fuera de forma y creando fuertes tensiones que inducen la flexión.
"Cortamos el material con un haz de iones en lugar de tijeras, escribiendo el haz de iones enfocado a través de esta lámina de metal con un patrón prescrito", dice Fang. "Así que terminas con esta cinta de metal que se está arrugándose" en elpatrón planificado con precisión.
"Es una conexión muy buena de los dos campos, mecánica y óptica", dice Fang. El equipo utilizó patrones helicoidales para separar las porciones polarizadas en sentido horario y antihorario de un haz de luz, que puede representar "una nueva dirección" parainvestigación de nanokirigami, dice.
La técnica es lo suficientemente sencilla como para que, con las ecuaciones desarrolladas por el equipo, los investigadores ahora puedan calcular hacia atrás a partir de un conjunto deseado de características ópticas y producir el patrón necesario de hendiduras y pliegues para producir exactamente ese efecto, dice Fang.
"Permite una predicción basada en funcionalidades ópticas" para crear patrones que logren el resultado deseado, agrega. "Anteriormente, la gente siempre intentaba cortar por intuición" para crear patrones de kirigami para un resultado deseado en particular.
La investigación aún se encuentra en una etapa temprana, señala Fang, por lo que se necesitará más investigación sobre posibles aplicaciones. Pero estos dispositivos son de un orden de magnitud más pequeño que las contrapartes convencionales que realizan las mismas funciones ópticas, por lo que estos avances podrían conducir a máschips ópticos complejos para sistemas de detección, computación o comunicaciones o dispositivos biomédicos, dice el equipo.
Por ejemplo, dice Fang, los dispositivos para medir los niveles de glucosa a menudo usan mediciones de la polaridad de la luz, porque las moléculas de glucosa existen en formas tanto diestras como zurdas que interactúan de manera diferente con la luz ". Cuando pasas la luz a través de la solución, puedesvea la concentración de una versión de la molécula, en oposición a la mezcla de ambas ", explica Fang, y este método podría permitir detectores mucho más pequeños y más eficientes.
La polarización circular también es un método utilizado para permitir que múltiples rayos láser viajen a través de un cable de fibra óptica sin interferir entre sí. "La gente ha estado buscando un sistema de este tipo para sistemas de comunicaciones ópticas láser" para separar los rayos en dispositivos llamadoslos aisladores ópticos, dice Fang, "hemos demostrado que es posible fabricarlos en tamaños nanométricos".
El equipo también incluyó al estudiante graduado del MIT Huifeng Du; Zhiguang Liu, Jiafang Li supervisor del proyecto y Ling Lu en la Academia de Ciencias de China en Beijing; y Zhi-Yuan Li en la Universidad Tecnológica del Sur de China. El trabajo fuerespaldado por el Programa nacional clave de I + D de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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