Bland noen svært små korn av jernoksid med vann og utsett deretter blandingen for et magnetisk felt. Det er i praksis metoden nanoteknikere ved Riverside-avdelingen ved University of California (UCR) har kommet fram til som grunnlag for en potensiell, ny skjermteknologi.
Riktignok må kornene være nanopartikler, det vil si med en diameter på noen få nanometer, men jernoksid er et både vanlig, billig og ufarlig materiale.
Forskerne mener at oppdagelsen har potensial til å gi både større og bedre elektroniske skjermer, samt gjøre det enklere for produsenter av elektronisk papir og blekk å lage produkter hvor fargene kan endre elektromagnetisk.
I eksperimentene har forskerne funnet ut at ved å endre styrken på det magnetiske feltet, var de i stand til å endre fargen på jernoksidoppløsningen.
Dette forklares ved at når det magnetiske feltet endres, endres arrangementet til de sfæriske jernoksidpartiklene i løsningen, slik at endrer måten lys passerer gjennom løsningen eller hvordan det reflekteres. Resultatene er publisert i dette dokumentet.
– Nøkkelen er å designe strukturen til nanopartiklene av jernoksid gjennom kjemisk syntese, slik at disse nanopartiklene av selv forsamler seg i tredimensjonale, ordnede kolloidkrystaller i et magnetisk felt, sier Yadong Yin, universitetslektor i kjemi ved UCR. Det er han som har ledet forskningsarbeidet.
Et kolloid er en substans som består av små partikler som er uniform distribuert i en annen substans. Eksempler på kolloider er melk, maling og blod.
– Ved å reflektere lys viser disse krystallene, som gjerne kalles fotoniske krystaller, briljante farger. Vår rapport er den første om fotoniske krystaller som er fullt ut avstembare i det synlige området av det elektromagnetiske spektrum, fra fiolett til rødt lys, sier Yin.
En fotonisk krystall kontrollerer strømmen av fotoner og fungerer som en halvleder for lys. Nanopartiklenes innbyrdes avstand dikterer bølgelengden til lyse som en fotonisk krystall reflekterer.
Jernoksid, som har formelen Fe3O4, er ifølge forskerne «superparamagnetisk», noe som betyr at det bare blir magnetisk under tilstedeværelsen av et eksternt, magnetisk felt. Dette i motsetning til et ferromagnetisk materiale, som beholder magnetismen også etter at det magnetiske feltet er blitt fjernet.
Forskerne har brukt den superparamagnetiske egenskapen til jernoksidpartiklene til å avstemme avstanden mellom nanopartiklene, bølgelengden til lyset som reflekteres og dermed også fargen til de kolloide krystallene, ved å endre styrken på det eksterne, magnetiske feltet.
Fargene endres med økende magnetfelt fra venstre mot høyre. Foto: Yin laboratory, UCR.
– Andre innrapporterte fotoniske krystaller kan bare reflektere lys med en fast bølgelengde, sier Yin.
– Våre krystaller kan derimot vise en rask, bred og fullt reversibelt optisk respons på det eksterne, magnetiske feltet.
Ifølge UCR kan fotoniske materialer som de Yin og hans tema benytter, kan trolig brukes for å lage nye optiske, mikroelektromekaniske systemer og reflekterende fargeskjermer. Andre mulige bruksområder er i fiberoptikk, sensorer og lasere.
Ifølge Yin kan den nye teknologien brukes til å lage billige fargeskjermer ved å sette sammen millioner av små piksler ved å benytte fotoniske krystaller.
– Ved å bruke et magnetisk felt er det mulig å gi hver piksel en egen farge. Fordelen er at du bare trenger ett materiale, for eksempel jernoksid, i alle pikslene. Videre trenger du ikke å generere lys i hver piksel. Du vil bruke reflektert lys for å skape bildene – en form for resirkulering.
UCRs kontor for kommersialisering av teknologi har levert inn en patentsøknad på teknologien.
Et lite videoopptak som viser effekten en magnet har på jernoksid-oppløsningen, er tilgjengelig her.
