Новое исследование показало, как наноархитектура шелкового волокна вызывает «локализацию света Андерсона». Открытие может привести к различным инновациям, лучшему пониманию передачи тепла и света.
Оно также способно помочь в создании синтетических материалов и структур, реализующих феномен, названный в честь Нобелевского лауреата, Филиппа Андерсона. Его теория описывает, как материалы могут полностью задерживать электроны за счет рассеивания и дефектов. В данном исследовании, представленном в Nature Communications явление применяется к передаче света.
Специалисты Университета Пердью реализовали процесс с помощью наноархитектуры нити шелкопряда. Неожиданно обнаруженная способность захватывать свет появилась у натуральной ткани благодаря локализации Андерсена.
«Выводы предполагают, что шелк может представлять ‘природные метаматериалы и метаструктуры’», — сказал Юн Ким, один из авторов.
Исследователи уже создавали подобные синтетические продукты, эффеткивно управляющие светом. Но метаматериалы имеют ограничения, и их сложно внедрить в коммерческое производство. Неупорядоченная наноструктура шелка предлагает стратегию более дешевого и простого изготовления.
Шелковые волокна, диаметром 10-20 микрон, состоят из тысяч нанофибрилл, каждая шириной около 100 нм. Внутри находится множество центров рассеивания. Они обеспечивают локализацию Андерсена за счет беспорядочной наноструктуры. Она обеспечивает необходимое феномену столкновение световых волн, иногда – деструктивное, иногда – конструктивное. В последнем случае свет усиливается, а внутри структуры собирается мощная энергия.
«Вы могли слышать, что шелковое белье обеспечивает прохладу летом и тепло зимой, — отметил Ким. – Мы узнали механизм, лежащий в основе этого наблюдения».
Специалисты планируют продолжить исследование материала в поисках возможности его применения и разработки синтетических аналогов.