Publikacja w ACS Nano (2023)

17 03 2023

W czasopiśmie ACS Nano ukazała się praca wykonana pod kierunkiem dra Michała Wójcika oraz dra hab. Wiktora Lewandowskiego, prof. ucz., zatytułowana „Light-Responsive Supramolecular Nanotubes-Based Chiral Plasmonic Assemblies”.

Rozwój nowoczesnych technologii optoelektronicznych powoduje wzrost znaczenia materiałów, które charakteryzują się silnym oddziaływaniem ze światłem, a których strukturę można aktywnie, odwracalnie i precyzyjnie kontrolować na poziomie nanoskopowym. Ze względu na łatwość procesu przełączania szczególne znaczenie mają samoorganizujące się układy reagujące na światło. W tego typu materiałach światło może powodować zmiany konformacji molekuł, a przez to zmieniać ich przestrzenne uporządkowanie. Co istotne, indukowane zmiany strukturalne są często skorelowane ze zmianami właściwości spektroskopowych.

We wspomnianej publikacji zespół naukowców opisał ciekłokrystaliczny materiał kompozytowy wykazujący aktywną odpowiedź na dwa typy stymulantów. Jednym z nich były zmiany temperatury, a drugim oświetlanie materiału różnymi długościami fal elektromagentycznych z zakresu UV i widzialnego. Co istotne, wraz ze zmianą struktury modyfikowane były chiralne właściwości optyczne tego układu.

Kluczowym rozwiązaniem naukowym odnośnie zaprojektowania i otrzymania opisanego materiału było wykorzystanie fotoprzełączalnego związku diazowego, tworzącego chiralne nanorurki, do którego dodawano chemicznie kompatybilne nanocząstki złota. Nanocząstki ze względu na ligandy modyfikujące ich powierzchnię, preferencyjnie lokowały się wewnątrz nanorurek tworząc spiralne struktury. Właściwości te zostały potwierdzone za pomocą rekonstrukcji trójwymiarowych obrazów mikroskopowych otrzymanych nanorurek. Zarówno chiralna budowa nanorurek, jak i spiralne ułożenie nanocząstek w ich wewnętrznych przestrzeniach, pozwalało na uzyskanie chiralnych właściwości w szerokim zakresie długości fal o bardzo wysokim poziomie dyssymetrii (współczynnik g 0,2).

Istotnym osiągnięciem, wyróżniającym tę pracę na tle prac z zakresu chiralanych nanomateriałów, było określenie 'diagramu fazowego’ kompozytowego materiału. Innymi słowy, kombinacja obu stymulantów, temperatury oraz naświetlania, pozwoliła na identyfikację kilku różnych, stabilnych struktur. Na przykład, pod wpływem światła UV dochodzi do izomeryzacji cząsteczek organicznych, co prowadzi do kontrolowanego topienia nanorurek organicznych. W zależności od temperatury, spirale zbudowane z nanocząstek mogły pozostać nienaruszone, lub również ulec stopieniu. Tego typu odpowiedź strukturalna daje zatem możliwość na niezależną kontrolę właściwości optycznych w zakresach charakterystycznych dla tych typów układów. Co istotne proces ten można odwrócić za pomocą światła widzialnego i dalej modyfikować zmieniając temperaturę. Właściwości te mogą odgrywać kluczową rolę w przyszły rozwój chiralnej plazmoniki, metamateriałów i optoelektroniki.

Zaprezentowana praca przyczynia się do głębszego zrozumienia miękkich i responsywnych materiałów chiralnych.

Dane bibliograficzne i link do artykułu:

Agnieszka Jędrych, Mateusz Pawlak, Ewa Górecka, Wiktor Lewandowski*, and Michał Maksymilian Wójcik*, Light-Responsive Supramolecular Nanotubes-Based Chiral Plasmonic Assemblies, ACS Nano 2023

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c10955