Nathalie Katsonis en haar collega’s van UT-onderzoeksinstituut MESA+ hebben recentelijk aangetoond dat licht nieuwe structuren kan creëren in druppeltjes van vloeibare kristallen die lichtgevoelige moleculaire motoren bevatten.
Tot nu waren deze metastabiele structuren theoretisch voorspeld, maar nog niet waargenomen. Deze structuren hebben verschillende optische kenmerken, en dankzij moleculaire motoren zijn ze photo-switchable, waarmee een eerste stap wordt gezet naar nieuwe vormen van informatieopslag. Dit onderzoek wordt gefinancierd vanuit een Vidi-subsidie van NWO Chemische Wetenschappen en is recentelijk gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.
Topologische vormen
Topologie is een universeel concept dat wordt gebruikt om materie te beschrijven. Ook in het dagelijks leven kom je topologie tegen: zo is een kopje zonder oortje topologisch gelijk aan een bal, terwijl een kopje met een oortje topologisch gelijk is aan een donut.
Als het mogelijk is om de topologie van materialen te kunnen controleren, is dat een eerste stap naar nieuwe strategieën om functionele materialen te ontwerpen. Recentelijk is wiskundig voorspeld dat vloeibare kristallen een grote diversiteit aan topologische vormen zouden kunnen aannemen, zoals zogeheten knotted loops of linked loops. In het Nature Communications artikel laten Katsonis en haar collega’s van de vakgroep Biomolecular Nanotechnology zien hoe in druppels van vloeibare kristallen topologische knots of links kunnen worden gevormd. Het aantal en de geometrie van deze topologische structuren kan gecontroleerd worden doordat de lichtgevoelige vloeibare kristallen ook lichtgevoelige moleculaire motoren bevatten. Onder invloed van licht schakelen deze moleculen tussen verschillende isomeren met verschillende spiraalvormen, en zo kan de spiraalvormige twist, de chiraliteit en de organisatie van de materialen op moleculair niveau gecontroleerd worden. Deze complexe metastabiele structuren kunnen mogelijk gebruikt voor het ontwikkelen van optische opslagmedia met een zeer hoge capaciteit.
Onderzoek
Het werk maakt onderdeel uit van de onderzoekslijn van prof. Nathalie Katsonis die tot doel heeft het ontwerpen van slimme materialen, geïnspireerd op de natuur. Hierbij focust ze op materialen die je kan beïnvloeden met behulp van licht. Het experimentele werk is uitgevoerd door dr. Tetiana Orlova en promovendus Sarah Jane Aβhoff, en is uitgevoerd in samenwerking met het team van Etienne Brasselet van CNRS Bordeaux (Frankrijk). Het onderzoek is medegefinancierd met een Vidi beurs van NWO en een ERC Starting Grant.
Bron: NWO
