Un equipo de físicos alemanes y estadounidenses desarrolla una forma de diseñar con precisión el punto de transición para que el material de transición de fase de dióxido de vanadio se produzca a temperaturas específicas.
Ahora lo ves, ahora no: en los libros y las películas, los magos usan hechizos mágicos para cambiar fácilmente las cosas de un estado sólido a transparente. Sin embargo, en realidad, los materiales con propiedades llamadas transición de fase pueden logrartruco similar, cambiando de despejado a nublado dependiendo de la temperatura o de un campo eléctrico aplicado. Recientemente, un equipo internacional multiinstitucional de investigadores con la participación de físicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena Alemania desarrolló una forma de diseñar el punto de transiciónpara que el material de transición de fase de dióxido de vanadio se produzca a temperaturas específicas. La investigación, publicada hoy en Nano Letters, podría conducir a nuevos tipos de materiales ajustables para la óptica y la regulación térmica.
"Esencialmente, cualquier componente óptico sería mejor si fuera sintonizable", dice Mikhail Kats, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Wisonsin-Madison EE. UU. Y autor principal del artículo.
En lugar de depender de componentes mecánicos para enfocar un objeto, como una lente de cámara o un ocular de telescopio, un material sintonizable cambia sus propiedades ópticas innatas a demanda. Los científicos han sabido durante más de 50 años que sustancias como el dióxido de vanadio pueden hacer la transición entre opaco ytransparente. Sin embargo, estos materiales generalmente cambian bajo un solo conjunto particular de condiciones, lo que limita su aplicabilidad. "En la mayoría de los materiales de transición de fase, el cambio ocurre en condiciones que están lejos de la temperatura ambiente y, por lo tanto, son difíciles de incorporar en dispositivos útiles,"dice Kats.
Los investigadores no solo cambiaron el punto de cambio intrínseco del dióxido de vanadio de 68 grados Celsius a una temperatura inferior a la temperatura ambiente, sino que también ajustaron con éxito la transición de ese material a cualquier temperatura. "Este hallazgo abrirá nuevas fronteras en los dispositivos fotónicos", dice ShriramRamanathan, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Purdue en West Lafayette, Indiana EE. UU., Quien también contribuyó a la investigación.
Uso en paredes "inteligentes" posibles
Debido a que las propiedades ópticas y físicas surgen de los mismos principios físicos subyacentes, las conductividades térmicas y eléctricas del dióxido de vanadio también cambian con la transición. Estos tipos de materiales podrían usarse, por ejemplo, en hogares como paredes o ventanas "inteligentes" que responden a"Los objetos diseñados para emitir luz de manera eficiente a altas temperaturas pero no a bajas temperaturas podrían usarse como reguladores de temperatura puramente pasivos que no requieren circuitos externos o fuentes de energía", dice Kats.
Anteriormente, los investigadores que intentaban cambiar las temperaturas de transición del dióxido de vanadio siempre introducían impurezas a medida que lo creaban. Sin embargo, este método altera uniformemente toda la superficie del material; por lo tanto, el equipo de investigadores germano-estadounidenses bombardeó regiones específicas del vanadiodióxido con iones energéticos. La irradiación iónica crea defectos en los materiales, generalmente un efecto secundario no deseado. Sin embargo, explica el colaborador Carsten Ronning de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania, el avance de los investigadores ahora aprovecha esos defectos ". La belleza en nuestro enfoquees que aprovechamos los defectos 'no deseados' ", dice. Dirigir el haz de iones en regiones específicas de una superficie permitió a los investigadores realizar modificaciones a nanoescala en el material". Podemos controlar con precisión la temperatura de transición en todas partes de la muestra, con una precisión de aproximadamente 20 nanómetros, "afirma Ronning". Hemos podido utilizar este método para crear un método altamente efectivoáreas de superficie a que tienen múltiples transiciones de fase al mismo tiempo ". Esta técnica permitió a los investigadores diseñar y crear un nuevo polarizador óptico que cambia la selectividad en función de la temperatura.
Los científicos de todo el mundo contribuyeron a esta investigación. Los coautores del manuscrito, Jura Rensberg de la Universidad Friedrich Schiller Jena y Shuyan Zhang de la Universidad de Harvard, están realizando doctorados en los laboratorios del profesor Carsten Ronning y el profesor Federico Capasso, respectivamente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Friedrich Schiller Jena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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