Los científicos han ideado una forma de fabricar una estructura compleja, que antes solo se encontraba en la naturaleza, para abrir nuevas formas de manipular y controlar la luz.

La estructura, que ocurre naturalmente en las escamas de las alas de algunas especies de mariposas, puede funcionar como un cristal fotónico, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Birmingham. Se puede usar para controlar la luz en el rango visible del espectro, para aplicaciones de láseres, sensores y también dispositivos para recolectar energía solar.

Su estudio computacional, publicado en Advanced Materials, demuestra que la compleja estructura giroide puede autoensamblarse a partir de partículas coloidales de diseño en el rango de cientos de nanómetros.

El giroide se conoce típicamente como una superficie curva, que divide el espacio en dos canales entrelazados. Cada uno de estos canales puede tener una representación en red de vértices vinculados con conectividad triple y tirabuzones a través del espacio en una dirección particular, derecha o izquierda. Este giro hace que cada red sea quiral : las imágenes especulares no se pueden superponer entre sí, como las manos izquierda y derecha. Esto es importante porque la quiralidad imparte propiedades ópticas adicionales a un cristal fotónico.

La quiralidad se pierde, sin embargo, cuando las dos redes de mano opuesta están juntas en la forma de la estructura de giroide doble. Esto ocurre en ciertos sistemas sintéticos.

En este trabajo, el equipo de investigadores presenta primero una estructura giroide de red única construida a partir de esferas coloidales como objetivo para el autoensamblaje, la forma en que la naturaleza construye arquitecturas, antes de establecer los principios de diseño para fabricar esta estructura cristalina quiral en simulaciones por computadora..

La Dra. Angela Demetriadou, coautora de la Facultad de Física y Astronomía, ha dicho : « Esta es una forma nueva y emocionante de fabricar medios nanofotónicos con propiedades quiroópticas excepcionales y personalizadas, con un control inmenso sobre sus propiedades ».

Hasta ahora, el enfoque en los cristales fotónicos coloidales autoensamblados se ha centrado principalmente en las estructuras de diamante. El autoensamblaje de diamantes coloidales presenta una serie de desafíos, incluido el requisito de seleccionar la forma cúbica sobre su contraparte hexagonal para sus aplicaciones prácticas como cristales fotónicos en dispositivos ópticos.

El nuevo enfoque establecido en este trabajo implica esferas irregulares, que tienen una superficie decorada por un diseñador para codificar la información de la estructura objetivo : el giroide coloidal único. Las partes decoradas de la superficie son pegajosas para juntar las partículas y formar la estructura de la red. Además, el trabajo muestra que el giroide coloidal único también tiene propiedades ópticas intrigantes en virtud de su quiralidad, de la que carece una estructura de diamante.

El Dr. Dwaipayan Chakrabarti, el autor correspondiente de la Facultad de Química de la Universidad de Birmingham, ha dicho : « Hasta donde sabemos, este es el primer informe de autoensamblaje directo de estructuras giroides coloidales individuales a partir de bloques de construcción de diseño ». Espero que nuestro enfoque novedoso estimule más investigaciones en el campo del autoensamblaje coloidal, especialmente los esfuerzos experimentales para aprovechar este emocionante desarrollo ».

Este entusiasmo se hace eco del profesor Stefano Sacanna, profesor de la Universidad de Nueva York con experiencia líder mundial en la síntesis de coloides y el autoensamblaje de nuevos materiales, que no participa en este estudio. Él ha dicho : « Con su trabajo, Chakrabarti y sus compañeros de trabajo atraen la atención de la comunidad de autoensamblaje coloidal hacia un nuevo objetivo emocionante. Usando solo esferas con un diseño irregular inteligente, sus rutas ascendentes hacia las estructuras giroides coloidales allanan el camino ». camino para una nueva generación de cristales fotónicos experimentalmente alcanzables ».