Het gebruik van chirale geconjugeerde polymeren voor de optimalisatie van niet-reciproce optische effecten in nanopartikel aggregaten | FRIS onderzoeksportaal
Het gebruik van chirale geconjugeerde polymeren voor de optimalisatie van niet-reciproce optische effecten in nanopartikel aggregaten
In dit project wordt de efficiëntie van optische isolatoren verbeterd. Optische isolatoren zijn toestellen die het licht slecht in één richting doorlaten, net zoals een elektrische diode de stroom maar in één richting doorlaat. Optische isolatoren zijn belangrijke componenten in optische vezels om een goede datatransfer te verzekeren. Verder worden ze vaak gebruikt om lasers te beschermen tegen gereflecteerd laserlicht. Alle optische isolatoren zijn gebaseerd op non-reciproke optische rotatie. Dit wil zeggen dat de optische rotatie van licht propagerend door een staal in de voorwaartse richting verschillend is van licht propagerend in de omgekeerde richting. Hedendaagse optische maken gebruik van Faraday rotatie om non-reciprociteit te introduceren. Omdat deze systemen een extern magnetisch veld nodig hebben, zijn deze duur en ingewikkeld om te maken waardoor het onmogelijk is om deze te miniaturiseren en te incorporeren op microchips. Verder zijn de door hun lage Verdet constante nog eens inefficiënt en zijn ze slechts werkzaam over een kleine bandbreedte.
Recentelijk werd echter een nieuw veelbelovend systeem ontdekt dat gebruik maakt van gelaagde nanopartikels geïmplementeerd met chirale moleculen om non-reciproke optische rotatie te induceren. Dit wil zeggen dat zo'n systeem gebruikt kan worden zonder de nood voor een extern magnetisch veld. Verder zijn deze systemen toepasbaar over een zeer breed golflengte gebied en omdat nanopartikels gebruikt worden, wordt de hoeveelheid nodige materiaal aanzienlijk gereduceerd. Gecombineerd met een eenvoudige layer-by-layer synthese zijn deze systemen veel belovend voor miniaturisering en on-chip integratie. Echter, de non-reciproke optische rotatie is nog tamelijk zwak. Verschillende problemen kunnen hier de oorzaak van zijn. Ten eerste is de ruimte tussen de nanopartikels nu opgevuld met inactieve lucht en APTMS, welke niet bijdragen tot de non-reciprociteit. Ten tweede heeft het gebruikte chiraal aminozuur een lage optische activiteit.
In dit project willen we de non-reciproke eigenschappen optimaliseren door de nanopartikels te verbinden met geconjugeerde polymeren (CP). Op die manier word de inactieve lucht vervangen door een actief CP met een hoge brekingsindex wat de non-reciproke eigenschappen zal verbeteren. De chirale entiteit wordt geïntroduceerd door een chirale zijketen te nemen op de CP. Op die manier wordt de verbinding met de nanopartikels en de introductie van een chirale entiteit gecombineerd in één proces. Vervolgens wordt dit systeem nog verder geoptimaliseerd. Eerst wordt de optimale afstand tussen de nanopartikels gezocht door de lengte van de CP ketens te variëren. Ten tweede worden verschillende types van CP onderzocht. Ten slotte wordt ook de chirale zijketen op de CP geoptimaliseerd. Op het einde van dit project zou dan een volledig geoptimaliseerde optische isolator verkregen worden.