Nanocząstki złota umożliwiają precyzyjne strojenie odpowiedzi optycznej błękitnych faz ciekłokrystalicznych

03 07 2026

W czasopiśmie ACS Nano ukazała się praca wykonana pod kierunkiem dra Kamila Orzechowskiego z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej oraz dra hab. Wiktora Lewandowskiego, prof. ucz. z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, zatytułowana „Synergistic Effects of Nanoparticles and Surface Anchoring on Fine-Tuning the Photonic Bandgap in Blue Phase Liquid Crystals”. Wśród autorów publikacji znalazły się również Natalia Kowalska, asystentka na Wydziale Chemii UW i doktorantka SDNSiP UW, oraz Martyna Wasiluk, doktorantka SDNSiP UW realizująca badania na Wydziale Chemii UW.

Materiały silnie oddziałujące ze światłem, których odpowiedź optyczną można precyzyjnie i w kontrolowany sposób modyfikować, mają coraz większe znaczenie dla fotoniki, wyświetlaczy nowej generacji, filtrów optycznych oraz czujników. Szczególnie interesujące są w tym kontekście błękitne fazy ciekłokrystaliczne (ang. blue phase liquid crystals, BPLC), czyli struktury zdolne do selektywnego odbijania światła kołowo spolaryzowanego o określonej skrętności. Dotychczas jednoczesne uzyskanie szerokiego zakresu strojenia długości odbijanej fali oraz zachowanie wysokiej kontroli nad strukturą BPLC pozostawało jednak istotnym wyzwaniem.

W pracy opisujemy materiał kompozytowy, w którym położenie fotonicznej przerwy wzbronionej, a więc zakres długości fal selektywnie odbijanych przez BPLC, można regulować za pomocą uzupełniających się czynników „wewnętrznych” i „zewnętrznych”.

Czynnikiem wewnętrznym są nanocząstki złota zaprojektowane i wytworzone na Wydziale Chemii UW w zespole dra hab. Wiktora Lewandowskiego, prof. ucz. Nanocząstki o średnicy ok. 2,3 nm zostały pokryte specjalnie zaprojektowanymi ligandami o budowie zbliżonej do cząsteczek ciekłokrystalicznych. Dzięki temu mogą one skutecznie oddziaływać z matrycą ciekłokrystaliczną i lokować się w sieci defektów BPLC. Obecność nanocząstek zwiększa skręcenie chiralne układu, prowadząc do skrócenia helikalnego skoku struktury oraz zmniejszenia rozmiaru komórki elementarnej. W efekcie selektywne odbicie światła przesuwa się w stronę krótszych długości fal. Czynnikiem zewnętrznym jest natomiast zastosowanie warstw orientujących o różnej energii kotwiczenia powierzchniowego.

Istotnym osiągnięciem, wyróżniającym tę pracę na tle dotychczasowych badań nad BPLC, było uzyskanie szerokiego, a jednocześnie precyzyjnego zakresu przestrajania fotonicznej przerwy wzbronionej bez naruszenia struktury BPLC, co uzyskano dzięki synergistycznemu działaniu czynników „wewnętrznych” i „zewnętrznych”.

Praca powstała w ramach szerokiej współpracy międzynarodowej z udziałem zespołów z Wydziału Chemii UW, Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, National Sun Yat-sen University na Tajwanie, Wojskowej Akademii Technicznej, Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu oraz Uniwersytetu Śląskiego.

Więcej szczegółów: https://doi.org/10.1021/acsnano.6c01127