Las partículas coloidales, utilizadas en una gama de aplicaciones técnicas que incluyen alimentos, tintas, pinturas y cosméticos, pueden autoensamblarse en una notable variedad de estructuras cristalinas densamente empaquetadas. Sin embargo, durante décadas, los investigadores han estado tratando de convencer a las esferas coloidalespara organizarse en redes mucho más escasamente pobladas para liberar propiedades ópticas potencialmente valiosas Estas estructuras, llamadas cristales fotónicos, podrían aumentar la eficiencia de los láseres, miniaturizar aún más los componentes ópticos y aumentar enormemente la capacidad de los ingenieros para controlar el flujo de luz.
Un equipo de ingenieros y científicos del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Escuela de Ingeniería de Tandon de la NYU, el Centro de Investigación de Materia Suave de la NYU y la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Sungkyunkwan en la República de Corea informan que han encontrado un camino hacia elautoensamblaje de estas esquivas estructuras de cristal fotónico nunca ensambladas antes en la escala submicrométrica un micrómetro es aproximadamente 100 veces más pequeño que el diámetro de un mechón de cabello humano.
La investigación, que aparece en la revista Materiales de la naturaleza , introduce un nuevo principio de diseño basado en componentes premontados de la superestructura deseada, al igual que una casa prefabricada comienza como una colección de secciones prefabricadas. Los investigadores informan que pudieron ensamblar las esferas coloidales en estructuras de cristal de diamante y pirocloro- un desafío particularmente difícil porque queda mucho espacio libre.
El equipo, compuesto por Etienne Ducrot, investigador postdoctoral en el Centro de Investigación de Materia Suave de la NYU; Mingxin He, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular en la NYU Tandon; Gi-Ra Yi de la Universidad Sungkyunkwan; y David J.Pine, presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería Tandon de la NYU y profesor de física de la NYU en la Facultad de Artes y Ciencias de la NYU, se inspiró en una aleación metálica de magnesio y cobre que se produce naturalmente en las estructuras de diamante y pirocloro.como subredes. Vieron que estas estructuras complejas podían descomponerse en esferas individuales y grupos tetraédricos cuatro esferas permanentemente unidas. Para darse cuenta de esto en el laboratorio, prepararon grupos y esferas coloidales de plástico submicrónicos y emplearon segmentos de ADN unidosa su superficie para dirigir el autoensamblaje a la superestructura deseada.
"Somos capaces de construir esas estructuras complejas porque no estamos comenzando con esferas individuales como bloques de construcción, sino con partes premontadas ya 'pegadas' juntas", dijo Ducrot. "Llenamos los huecos estructurales de la red de diamantes conuna estructura interpenetrada, el pirocloro, que resulta ser tan valiosa como la red de diamantes para futuras aplicaciones fotónicas ".
Ducrot dijo que los cristales coloidales abiertos, como los que tienen configuraciones de diamante y pirocloro, son deseables porque, cuando están compuestos del material correcto, pueden tener espacios de banda fotónica, rangos de frecuencia de luz que no pueden propagarse a través de la estructura, lo que significa quepodrían ser para la luz lo que los semiconductores son para los electrones.
"Esta historia lleva mucho tiempo en desarrollo ya que esas propiedades materiales se habían predicho hace 26 años, pero hasta ahora, no había una vía práctica para construirlas", dijo. "Para lograr una brecha de banda en la parte visibledel espectro electromagnético, las partículas deben estar en el orden de 150 nanómetros, que está en el rango coloidal. En dicho material, la luz debe viajar sin disipación a lo largo de un defecto, haciendo posible la construcción de chips basados en la luz ".
Pine dijo que la tecnología de autoensamblaje es crítica para que la producción de estos cristales sea económicamente factible porque crear cantidades masivas de cristales con técnicas de litografía a la escala correcta sería extremadamente costoso y muy desafiante.
"El autoensamblaje es, por lo tanto, una forma muy atractiva de crear cristales a bajo costo con un intervalo de banda fotónica en grandes cantidades", dijo Pine.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NYU Tandon School of Engineering . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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