Acima:Esquema mostrando o controle magnético sobre a transmitância de luz nos novos cristais líquidos. B é o campo magnético alternado. A luz polarizada é vista em amarelo. As barras cinzas representam os polarizadores. O campo magnético controla a orientação dos nanobastões (vistos em laranja), que por sua vez afeta a polarização da luz e, então, a quantidade de luz que pode passar pelos polarizadores. Parte inferior:as imagens mostram como um padrão modulado por polarização altera a escuridão / brilho girando a direção dos polarizadores cruzados. Os círculos e o fundo contêm nanobastões magnéticos alinhados em diferentes orientações. Ao combinar o alinhamento magnético e os processos de litografia, é possível criar padrões de polarizações diferentes em um filme composto fino e controlar a transmitância da luz em áreas específicas. Crédito:Wang, et al. © 2014 American Chemical Society
(Phys.org) —Os cristais líquidos são amplamente conhecidos por seu uso em TVs LCD, em que campos elétricos que mudam rapidamente são usados para controlar a ordem molecular dos cristais líquidos. Isso, por sua vez, muda a forma como a luz é transmitida através dos cristais líquidos para fazer com que as imagens mudem na tela da TV.
Cristais líquidos também podem ser controlados, ou acionado, trocando um campo magnético. A atuação magnética tem a vantagem de não exigir contato direto, enquanto a atuação elétrica requer contato com eletrodos. Contudo, até agora, todas as demonstrações do uso de campos magnéticos para acionar cristais líquidos exigiram campos magnéticos extremamente fortes (~ 1 Tesla), limitando seu uso prático.
Agora em um novo estudo publicado em Nano Letras , pesquisadores Mingsheng Wang, et al., na Universidade da Califórnia, Riverside; e Whittier College em Whittier, Califórnia, demonstraram que campos magnéticos fracos (1 miliTesla) podem efetivamente atuar cristais líquidos. Os cristais líquidos magneticamente atuados exibem uma velocidade de comutação de menos de 0,01 segundos (frequência acima de 100 Hz), que é comparável ao desempenho de cristais líquidos comerciais com base em comutação elétrica.
A chave para a conquista foi o uso de nanobastões de óxido de ferro magnético como blocos de construção para construir os cristais líquidos. Devido às suas propriedades magnéticas, as orientações dos nanobastões podem ser controladas por campos magnéticos fracos. Após a aplicação de um campo magnético externo, os nanobastões magnéticos se alinham ao longo da direção do campo.
Este método fornece uma maneira de controlar as propriedades ópticas dos cristais líquidos devido à relação entre as orientações dos nanobastões e a quantidade de luz que é transmitida através deles. Quando os nanobastões são orientados paralelos (0 °) ou perpendiculares (90 °) ao polarizador, a intensidade da luz é muito baixa, então a tela fica escura. Quando os nanobastões são orientados a 45 ° em relação ao polarizador, a intensidade da luz é alta, por isso a tela fica clara. Girando o campo magnético continuamente, os pesquisadores podem causar comutação óptica contínua do cristal líquido.
Outra vantagem de construir cristais líquidos a partir de nanoestruturas inorgânicas é que abre a possibilidade de fixar permanentemente a orientação de certos nanobastões com litografia. Para demonstrar, os pesquisadores imprensaram uma solução de cristal líquido contendo nanobastões magnéticos e resina entre duas peças de vidro. Em seguida, eles colocaram uma fotomáscara no topo, e usou uma luz ultravioleta para curar a resina e fixar a orientação dos nanobastões nas regiões descobertas da fotomáscara. Próximo, os pesquisadores removeram a fotomáscara, girou o campo magnético para mudar a orientação dos nanobastões não fixados, e, finalmente, usei a luz ultravioleta novamente para fixar esses nanobastões na nova orientação.
O resultado foi um cristal líquido padronizado cujas áreas escuras e claras podem ser revertidas mudando o eixo do polarizador. Como o padrão depende da polarização, pode ter aplicações em dispositivos anti-falsificação.
"The liquid crystals can be made in a polymer thin film in which the orientation of magnetic nanorods can be fixed by combining magnetic alignment and lithography processes, thus creating patterns of different polarizations and control over the transmittance of light in particular areas, " coauthor Yadong Yin, Professor at University of California-Riverside, contado Phys.org . "Such a thin film does not display visual information under normal light, but shows high contrast patterns under polarized light. The contrast of the patterns can also change with the direction of the polarized light, making them immediately very useful for anticounterfeiting or other information encryption applications."
With its advantageous features such as the electrode-less remote control of its optical properties and ability to fixate the liquid crystal orientation to create polarization patterns, the magnetically actuated liquid crystals could provide a new platform for fabricating other novel optical devices, including displays, waveguides, atuadores, and optical modulators.
"Our magnetic liquid crystals show control of the transmittance of light so that they can have direct applications in displays such as signage, posters, writing tablets, and billboards, although their use as high-resolution displays (like computer monitors) might be limited due to the resolution in controlling the magnetic fields, " Yin said. "They may also find applications as optical modulators, which are optical communication devices for controlling the amplitude, Estágio, polarization, and propagation direction of light."
No futuro, the researchers plan to further improve the optical properties of the nanorods.
"The absorption of the iron oxide nanorods in the visible spectrum may limit some potential applications, " Yin said. "Our next step will be reducing the optical absorption of the iron oxide nanorods, either by modifying the iron oxide nanorods to reduce their absorption or replacing them with other transparent magnetic nanorods. Our future efforts will also be made to explore the use of our materials for specific applications. Although we have envisioned many potential applications, it still requires significant efforts to optimize the technology to fit the specific needs of various applications."
© 2014 Phys.org
