Fotonika do przepisania. Te szklane nanostruktury zachowują się wbrew nauce

Ustaleniami w tej sprawie zajęli się przedstawiciele Singapore University of Technology and Design, którzy zaprezentowali wyciągnięte wnioski na łamach Science Advances. W swojej publikacji wyjaśniają, jak powstałe struktury działające w nanoskali były w stanie odbijać niemal całe docierające do nich światło. 

Czytaj też: Chiny stworzyły materiał, którego nie widział świat. Teraz twierdzą, że 3600 stopni Celsjusza to nic

Odnotowany współczynnik odbicia, bliski ideału, podważa dotychczasowe przekonania na temat szkła, które od lat stosowano w układach optycznych ze względu na jego przezroczystość i stabilność. Niestety, jego słabą stroną była kwestia manipulowania światłem w skali nano, co sprawiało, że szkło wypadało zdecydowanie gorzej od materiałów o wyższym współczynniku odbicia.

Dokonania inżynierów z Azji całkowicie zmieniają sytuację, a ich podstawę stanowi metoda druku 3D. Powstające w ten sposób nanostruktury mogą odbijać światło z niemal 100-procentowym współczynnikiem. To niespodziewany rezultat, który powinien przynieść korzyści w kontekście produkcji czujników, wyświetlaczy czy też różnego rodzaju elektroniki.

Jedno z założeń, na których opierała się dotychczas fotonika, musi zostać poddane rewizji ze względu na wyniki eksperymentów z udziałem nowych szklanych nanostruktur

W procesie produkcyjnym członkowie zespołu badawczego postawili na mieszankę cząsteczek zawierających krzem ze związkami organicznymi o światłoczułych właściwościach. W odróżnieniu od innych konwencjonalnie stosowanych materiałów ten jest w stanie przekształcić się bezproblemowo w wytrzymałe szkło o wysokiej przejrzystości w reakcji na wzrost temperatury.

Powstałe struktury polimerowe kurczą się dalej po umieszczeniu w temperaturze rzędu 650 stopni Celsjusza. Zachowują jednocześnie swój pierwotny kształt. Powstałe nanostruktury okazują się imponująco szczegółowe i spełniają swoją funkcję polegającą na odbijaniu docierającego do nich światła. Dotychczasowe próby osiągnięcia takiego samego rezultaty kończyły się porażkami, między innymi na skutek strukturalnych nieregularności i zniekształceń.

Czytaj też: W nanoskali z wodorem dzieje się coś nietypowego. Naukowcy wreszcie to uwiecznili

W tym przypadku rezultat był zgoła odmienny, po tym, jak członkowie zespołu badawczego ułożyli na sobie ponad 20 warstw, tworząc strukturalnie wysoce jednolity, diamentowy kryształ fotoniczny zdolny do odbijania niemal 100% padającego światła w szerokim zakresie kątów widzenia. To kompletnie niespodziewane, ponieważ naukowcy mają dowód tego, że przy wystarczającej jednorodności i kontroli strukturalnej nawet pozornie nieprzydatne materiały mogą bić rekordy. 

Bardzo istotnym aspektem tworzenia tych struktur była możliwość ich druku 3D, a następnie przetrwania obróbki w wysokiej temperaturze. Dzięki temu zachowały swoją formę nawet po skurczeniu się. Jak podsumowują sami zainteresowani, możliwość tworzenia nanostruktur o wysokiej rozdzielczości powinna zaowocować zastosowaniami, w których trójwymiarowe komponenty optyczne mogłyby zmniejszyć straty transmisji, tworząc wydajniejsze od dotychczasowych układy fotoniczne.