Chamäleon für die Optoelektronik


Bei den Kristallen handelt es sich nicht um "konventionelle" Kristallgitter aus Ionen oder Molekülen, sondern um kolloidale Kristalle, periodische Strukturen, die sich von selbst aus gleichgroßen, feinst in einer Flüssigkeit verteilten Feststoffpartikeln aufbauen. Kolloidale Kristalle können als photonische Kristalle genutzt werden.

Photonische Kristalle sind das optische Analogon zu elektronischen Halbleitermaterialien, die photonische Bandlücken haben: Wellenlängen, für die der photonische Kristall undurchlässig ist. Diese optische Eigenschaften hängen von den räumlichen Verhältnissen im Kristall ab. Von Interesse sind photonische Kristalle, deren verbotene Bänder variabel sind und sich als Antwort auf einen äußeren Reiz rasch und präzise einstellen lassen. Diese Forderungen waren bisher kaum zu erfüllen.

Ein solcher Reiz kann ein Magnetfeld sein, wenn die Kristalle aus magnetischen Materialien bestehen, etwa Eisenoxid. Das Problem dabei: Die Magnetisierung bleibt erhalten, sobald die Partikel zu größeren Domänen anwachsen. Yadong Yin von der University of California (Riverside, USA) und sein Team fanden eine Lösung: Sie beschichten nanoskopische Eisenoxid-Partikel mit dem Kunststoff Polyacrylat. So entstehen separate Nanokristallcluster, die sich in Lösung zu kolloidalen photonischen Kristallen organisieren.

Die Kräfte des Magnetfelds wirken auf jeden einzelnen Cluster und verändern dabei die Abstände zwischen den Clustern im Kristallgitter. In Abhängigkeit vom Abstand vom Magneten und damit von der Feldstärke ändert sich die Farbe der Kolloidkristalle quer durch alle Regenbogenfarben. Die Antwort ist sehr schnell und völlig reversibel, da die Nanokristalle innerhalb der Cluster so klein sind, dass sie ihre Magnetisierung nach Abschalten des Magnetfelds wieder verlieren.

Potenzielle Anwendungsfelder für diese schaltbaren "optischen Halbleiter" sind neuartige optoelektronische Bauteile für die Telekommunikation, Displays und Sensoren.

COMPAMED.de; Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.