Aalto-yliopistot tutkijat ovat onnistuneet liikuttamaan hallitusti sähkökentän avulla magneettisessa nesteessä olevia nanopartikkeleita. Löytö voi auttaa kehittämään uudenlaisia entistä tarkempia sähkömustenäyttöjä.
Aalto-yliopiston tutkijoiden tutkimuslöytö tarjoaa tutkijoille mahdollisuuden luoda monimutkaisia termodynaamisen tasapainon ulkopuolella olevia rakenteita. Tulokset auttavat ymmärtämään monenlaisia luonnossa esiintyviä rakenteita kuten eläviä soluja, mutta myös esimerkiksi tulevaisuuden sähkömustenäytöissä. Tulokset julkaistiin Science Advances -tiedelehdessä juuri ennen joulua.
Perustaltaan magneettisia nesteitä on tutkittu 1960-luvulta asti, ja niillä on ollut merkittävä rooli muun muassa kaiutinten kehityksessä sekä kovalevyissä. Tavallisesti liuoksen ominaisuudet määräytyvät sen mukaan, paljonko siihen on alun perin laitettu magneettisia nanopartikkeleja.
Kun partikkelien määrä on lyöty lukkoon, magneettisiin ominaisuuksiin ei ole ollut helppo tehdä muutoksia Aalto-yliopiston tutkijoiden tulokset ovat on merkittävä muutos aiempaan, koska se mahdollistaa nesteen ominaisuuksien säätämisen ulkoista ärsykettä käyttämällä, nesteen koostumusta muuttamatta.
“Jännitteen avulla voidaan säätää nanopartikkelien jakaumaa, esimerkiksi siirtää ne halutulle alueelle, jolloin ne vahvistavat magneettisia ominaisuuksia siellä ja heikentävät niitä muualla”, kuvaa apulaisprofessori ja akatemiatutkija Jaakko Timonen.
Tutkijat käyttivät liuoksena öljyistä nestettä, jossa on rautaoksidinanopartikkeleja. Ne ovat poikkeuksellisesti sähköisesti varattuja, sillä tutkijat keksivät lisätä nesteeseen sähköisiä varauksia siirtävää dokusaatti-kemikaalia. Juuri sähköinen varaus tekee mahdolliseksi partikkelien liikuttamisen jännitteen avulla.
Kun nanopartikkelit lähtevät sähkökentän seurauksena liikkumaan, magneettinen neste siirtyy termodynaamisesta tasapainotilasta epätasapainotilaan. Nestettä voidaankin käyttää mallina, jonka avulla tutkia siirtymiä tilojen välillä sekä ulkoisten vaikutusten, esimerkiksi magneettikentän, merkitystä tässä.
Lisäksi tutkimus avaa mahdollisuuksia erilaisiin teknologisiin sovelluksiin. Sen avulla voitaisiin esimerkiksi lähteä kehittämään tarkempia sähkömustenäyttöjä, jollaisia käytetään muun muassa Amaxonin Kindlen kaltaisissa lukulaitteissa.
“Tämä ensivaiheen tutkimus on pääasiassa perustutkimusta, mutta me olemme jo aloittaneet työn, joka keskittyy sovelluksiin”, tutkijatohtori Carlo Rigoni sanoo.
Apulaisprofessori Timosen tutkimusryhmä on osa uutta Suomen Akatemian rahoittamaa huippuyksikköä, joka keskittyy elävien toimintojen innoittamiin hybridimateriaaleihin.
Kuvituskuva: Perinteisten tablettitietokoneiden rinnalle ovat tulleet myös pienikokoiset lukulaitteet, joissa on usein vähemmän sähköä käyttävt e-ink-näytöt. Aalto-yliopiston tutkimuksen sovelluksena voi syntyä rakenteita myös lukulaitteiden sähkömustenäyttöihin.