一对金片创造了一个自组装谐振器

为了探索纳米级的材料，研究人员通常需要构建一个复杂的结构来容纳材料——这是一个耗时且复杂的过程。但是想象一下，如果有一种方法可以简单地构建自己的结构。这正是瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员现在发表在《自然》杂志上的一篇文章中的内容。

研究纳米材料揭示了全新的特性和相互作用。对于此类研究，通常需要不同类型的“谐振器”，即光线在其内部反弹的物体，就像吉他体内的声音反弹一样。现在，在查尔姆斯理工大学物理系工作的研究人员发现，如何以比以前实现的更简单的方式创建和控制由两个平行反射镜组成的先前已知形式的谐振器。

“正如我们所做的那样，创建一个高质量、稳定的谐振器通常很复杂，需要在实验室中花费数小时。但在这里，我们看到它自动发生，对自然发生的力做出反应，并且不需要外部能量输入.你几乎可以在你自己的厨房里制作我们的谐振器——它是在室温下用普通水和少许盐制成的，“物理系副教授，研究负责人TimurShegai解释说，他自己对实验室的发现。

自组装和生长系统

他和他的同事们观察到，当两​​个微小的金薄片——直径为5000纳米，厚度只有30纳米——在咸水溶液中相遇时，会发生相互作用，导致它们形成一对。两片金片都带正电，因为水溶液用双层离子覆盖它们。这会导致排斥静电力，但由于卡西米尔效应的同时影响，也会产生吸引力并产生稳定的平衡，从而使薄片之间的距离约为150纳米。两个纳米薄片相互面对，在它们之间形成一个空腔，并且它们在数周的观察中保持稳定的排列。然后，腔体用作光学谐振器，该装置为探索各种物理现象提供了许多机会。

一旦金片成对，它们就会留在原地，如果不主动分离，越来越多的金片会相互寻找并形成更大的组合。这意味着该结构，纯粹通过自然发生的力量，可以成长并为研究人员创造更多有趣的机会。

通过在水溶液中加入更多的盐、改变温度或用激光照射，可以进一步操纵该结构，这可以导致一些有趣的观察。

“在这种情况下，有趣的是谐振器内部出现了颜色。我们看到的基本上是自组装颜色。这结合了许多有趣和基本的物理学，但同时，它非常容易有时，物理学会如此令人惊讶和美丽，“TimurShegai说。

当两个微小的金片在咸水溶液中相遇时，会发生相互作用，使它们形成一对。它们都带正电，因为水溶液用双层离子(红色和蓝色)覆盖它们。这会导致排斥静电力，但是，由于“卡西米尔效应”的同时影响，也会产生吸引力，并产生稳定的平衡。两个纳米薄片彼此相对，它们之间形成了一个空腔，并且它们在这种排列中保持稳定数周的观察。然后，该腔用作光学谐振器，该设备提供可调谐系统，用于研究称为极化子的光与物质的组合。图片来源：查尔姆斯理工大学|丹尼斯·巴拉诺夫和日元Strandqvist

研究光与物质的交汇点

然后，该结构可以用作研究材料及其行为的室。通过在腔中放置只有几个原子层厚的二维材料，或者通过对腔进行调整，还可以创建极化子——混合粒子，使研究光和物质之间的交汇点成为可能。

“我们的结构现在可以添加到自组装方法的整体工具箱中。由于它的多功能性，这可以用于研究基础物理和应用物理，”物理系博士后和第一作者BattulgaMunkhbat说。文章。

据该研究的作者称，该结构被放大以使用肉眼可见的更大的金片没有任何障碍，这可能会开辟更多的可能性。

“在未来，我可以看到这个平台被用来以比今天更简单的方式研究极化子。另一个领域可能是利用金片之间产生的颜色，例如像素，来创建不同种类的RGB值，其中可以检查每种颜色的不同组合。也可以应用于生物传感器、光机械或纳米机器人，“TimurShegai说。

文章“Tunableself-assembledCasimirmicrocavitiesandpolaritons”已发表在《自然》杂志上。

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