Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit

Jenan yliopiston kemian ja fysiikan laitosten poikkitieteellinen tutkimusryhmä on kehittänyt materiaalipinnoitteen, jonka valon taiteominaisuudet voidaan vaihtaa tarkasti eri tilojen välillä. Tämä saavutettiin kun tutkijatiimi yhdisti valoon reagoivia polymeerejä metapintoihin.

Tämä innovaatio on johtanut uusien optisten komponenttien luomiseen, joita voitaisiin mahdollisesti käyttää signaalinkäsittelyssä.

"Sekä metapinnat että valokytkentäiset polymeerit ovat olleet periaatteessa tunnettuja vuosikymmeniä", selittää tutkimusryhmää johtanut Sarah Walden. Hän lisää, "mutta olemme ensimmäisiä, jotka yhdistävät molemmat tässä muodossa kehittääksemme uusia komponentteja optisiin sovelluksiin."

Metapinnat ovat nanorakenteisia ohuita kerroksia, joiden tyypilliset rakenteelliset koot ovat pienempiä kuin valon aallonpituus. Näin voidaan erityisesti vaikuttaa valon ominaisuuksien ja sen etenemiseen, ja mahdollistaa siten erilaisia optisia toimintoja, joita linssit, polarisaattorit tai hilat muutoin tekisivät. Toisaalta kytkettävät polymeerit ovat muoveja, joiden ominaisuudet – kuten valon taitekerroin – voivat vaihdella eri tilojen välillä.

"Käyttämämme polymeerit sisältävät väriainemolekyylejä", Felix Schacher jatkaa. "Tämä tarkoittaa, että ne absorboivat tietyn aallonpituuden valoa ja muuttavat siten rakennettaan ja siten ominaisuuksiaan, kuten tässä tapauksessa valon taitekerrointa." Väriaineen vaihtamiseksi takaisin aiempaan rakenteeseensa ja ominaisuuteensa tarvitaan eri aallonpituutta.

"Järjestelmässämme on erikoista", selittää fyysikko Isabelle Staude, "että taitekertoimen muutokset vaikuttavat metapinnan optisiin ominaisuuksiin, kun se on päällystetty tällaisella polymeerillä."

Saavutetut muutokset olivat yllättävän merkittäviä jopa aiemmin tunnettuihin vastaaviin järjestelmiin verrattuna. "Koska polymeerit osoittavat erilaista absorptiota väriaineesta riippuen, eri vaikutukset voidaan erottaa hyvin toisistaan tai yhdistää", fyysikko tiivistää.

Lisäksi tiimi löysi epätavallisen fyysikaalisen löydön: ”Työssämme käytimme kahta eri väriainetta erikseen, kumpaakin meta-pinnalle. Tämä vahvisti vaikutuksen”, Schacher tarkentaa. "Kuitenkin kun molempia vaihdettavia polymeerejä sekoitetaan, syntyy vielä lisävaikutuksia", hän raportoi. "Epäilemme, että kaksi eri väriainemolekyyliä ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mutta emme voi sanoa sitä varmasti tässä vaiheessa." Lisätutkimuksia tarvitaan tämän mielenkiintoisen käytöksen selvittämiseksi.

Vaikka näillä kytkettävillä pinnoilla pääpaino oli perusperiaatteen esittelyssä, tutkimusryhmä voi kuvitella useita sovelluksia: ”Koska näillä pinnoilla voidaan vaihtaa valolla eri ominaisuustilojen välillä, anturitekniikka on luonnollinen sovellusalue.”

On myös ajateltavissa, että tällaisiavaihdettavia pintoja voitaisiin käyttää optiseen tietojenkäsittelyyn. – Tietysti tiimiämme ilahduttaisi, jos näitä komponentteja voitaisiin käyttää esimerkiksi optisiin neuroverkkoihin, jotka pystyisivät käsittelemään kuvainformaatiota samalla tavalla kuin sähköinen tekoäly nykyään, Schacher sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Nopeita lämpöä sietäviä polymeerimodulaattoreita

Lämpökytkin polymeeristä

Uusia aktiivisia polymeerejä