手性納米顆粒為3D顯示和雷射雷達帶來新可能

1977年的星球大戰首次將全息影像技術搬上螢幕， 前所未有的視覺盛宴震驚了世人。 可是， 為什麼這麼多年來， 如此炫酷的全息影像技術或相關光學設備沒有能夠進入我們的日常生活呢？這是因為該技術通過磁場改變光的傳播路徑而實現，

可是其使能材料卻非常昂貴、易碎且透光性較差， 有些材料還僅能在低溫真空環境中工作。

據麥姆斯諮詢報導， 來自美國密西根大學和巴西聖卡洛斯聯邦大學的研究人員， 開發出了一種懸浮在膠體中， 並能在室溫下正常工作的低成本納米顆粒， 能夠以大幅降低的成本替代傳統材料。

這種新型納米顆粒使利用磁場來調製光成為可能， 其潛在應用包括自動駕駛汽車、空間通訊以及光無線網路。

目前， 銪、鈰和釔等昂貴的稀土金屬已經應用于利用磁場來控制光或光信號的傳播路徑、速度以及光強。

這些貴金屬已經在高速光纖互聯網光纜中獲得了商業應用。 但是， 這些元素高昂的成本和工作溫度要求， 使其難以獲得大規模應用。

成本經濟且能在室溫實現偏振光磁場控制的解決方案， 或能帶來大眾市場廣泛應用的3D顯示、全息投影以及新一代LiDAR（雷射雷達）。 LiDAR是為自動駕駛汽車帶來“慧眼”的主要技術之一。

“許多公司和實驗室利用磁光學技術開發出了令人興奮的原型產品， ”該專案負責人密西根大學化學工程教授Nicholas Kotov說， “但是， 他們的技術目前還受限於所需要的磁光學基礎稀土材料。 這就像玩魔方， 一邊完成了可是另一邊又亂了。 ”

本項目的研究成果已經發表在Science《科學》雜誌上， 研究人員詳細介紹了他們如何利用低成本氧化鈷（一種白色的磁性半導體材料）納米顆粒，

通過磁場來控制偏振光。 研究人員發現， 這項技術的關鍵在於對這些納米顆粒進行氨基酸塗層， 使其獲得左旋或右旋的手性， 從而實現納米顆粒本身的“扭轉”。

手性廣泛存在於自然界中， 在多種學科中表示一種重要的對稱特點。

如果某物體與其鏡像不同， 則其被稱為“手性的”， 且其鏡像是不能與原物體重合的， 就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。 具有手性的分子具有旋光活性， 使偏振光的振動面發生旋轉

納米顆粒的手性使其對磁場具有高靈敏度， 也增強了和偏振光或 “圓偏正光”的相互作用。 研究人員展示了將納米顆粒懸浮在透明、彈性的室溫膠體中， 通過對其施加磁場， 可以改變圓偏正光的強度。

“該技術將為磁光學器件的廣泛應用鋪平道路， 將使那些利用圓偏正光的新興3D顯示和即時全息技術從令人興奮的概念跨入現實， ”還作為材料科學和工程教授的Kotow稱， “不僅如此， 這種納米顆粒微小的尺寸還使其可以用於計算工程應用，

以及磁光學複合材料的大規模製造。 ”