Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде придумали метод, позволяющий легко контролировать цвет суспензии оксида железа (Fe3O4) в воде, просто изменяя параметры внешнего магнитного поля. Эта разработка может использоваться в создании новых дисплеев, электронной «бумаги» и чернил, способных изменять цвет под действием магнитного поля.
Как объясняет руководитель группы Ядун Ин (Yadong Yin), главная задача заключалась в том, чтобы заставить наночастицы Fe3O4 самоупорядочиваться в магнитном поле и образовывать подобие фотонного кристалла. Напомним, что в фотонных кристаллах области с различными показателями преломления чередуются, образуя так называемую сверхрешетку (наряду с кристаллической решеткой, в узлах которой расположены ядра атомов). В отличие от "обычных", фотонные кристаллы активно взаимодействуют с фотонами света видимого диапазона. До настоящего времени были получены фотонные кристаллы, хорошо работающие только со светом определенной длины волны.
Фактически калифорнийским ученым удалось создать первый жидкий фотонный кристалл. При изменении силы внешнего магнитного поля изменяется и пространственное расположение наночастиц оксида железа в "узлах кристаллической решетки", а значит, и оптические свойства системы. Частицы Fe3O4 приобретают намагничивание только при наличии внешнего магнитного поля. Именно это свойство позволяет контролировать упорядоченность частиц в суспензии. Плавно меняя силу поля, можно варьировать расстояние между частицами и тонко настраивать суспензию на взаимодействие (отражение и преломление) со светом разных длин волн, получая в результате разные цвета.
Подобным образом можно создавать отдельные пикселы, цвет которых будет управляться магнитным полем. Однако из-за отсутствия собственной светимости такие пикселы будут видны только в отраженном свете, что ограничивает сферу применения гипотетических дисплеев на их основе. В числе других потенциальных приложений – волоконная оптика и оптические сенсоры. Среди достоинств новой технологии можно отметить дешевизну и относительную экологическую безвредность оксида железа. ЕГ
В тонких деталях строения перламутра удалось разобраться физикам из Висконсинского университета в Мэдисоне. Тайну прекрасного жемчуга природе пришлось раскрыть благодаря натиску мощного синхротронного источника рентгеновского излучения.
Слагающий жемчужины и раковины моллюсков перламутр давно интригует материаловедов. Дело в том, что перламутр в три тысячи раз лучше противостоит образованию трещин, чем его хрупкие составляющие. Если бы наноструктуру перламутра удалось понять и научиться воспроизводить, можно было бы синтезировать целый класс новых высокопрочных материалов.
Известно, что перламутр состоит в основном из арагонита – хрупких кристаллов карбоната кальция, которые образуют слоистую структуру с толщиной слоев в пятьсот нанометров. Отражение света от этих слоев и заставляет перламутр играть всеми цветами радуги. К сожалению, ни один из известных способов исследования материалов пока не позволял как следует разобраться в этой сложной структуре.
Висконсинские ученые применили оригинальную методику: мощный поляризованный пучок рентгеновских лучей выбивал из образца электроны, которые затем фокусировались для получения изображения, содержащего информацию о структуре и ориентации нанокристаллов в материале. В сочетании с данными других методов это позволило, наконец, разобраться во внутреннем строении перламутровых слоев.
Оказалось, что перламутр похож на переложенные листами бумаги слои монет. Каждая «монета» в слое – это монокристалл арагонита, которые касаются друг друга краями, но имеют разную ориентацию кристаллических осей. Кроме того, «монеты» в соседних слоях смещены друг относительно друга подобно кирпичам в кладке. Такое строение придает материалу прочность и препятствует росту трещин, останавливающихся на границах нанокристаллов.
Ученые также предположили, каким образом столь сложная структура образуется на поверхности жемчужин и раковин. Все дело в строении органических слоев, которые образуют своеобразные леса, направляющие рост кристаллов арагонита. Эти слои пронизаны случайно расположенными порами. Кристалл с предыдущего слоя прорастает сквозь пору и начинает расти вверх, пока не упрется в следующий органический слой. Когда «потолок» достигнут, рост кристалла вверх прекращается, но продолжается рост в стороны, что и приводит к образованию "монеты". А когда «монета» коснется очередной поры и проникнет в нее, затравочный кристаллик продолжит расти на следующем "этаже".