Iturri puntual batetik hedatzen diren uhin optikoek uhin-fronte zirkularrak izan ohi dituzte. “Ur-gainazal batera harri bat jaurtitzen denean sortzen diren uhinak bezala”, adierazi du Peining Li ikertzaileak (doktoretza osteko nanoGUNEko ikertzailea eta artikuluaren egile nagusia). Hedapen zirkular horren arrazoia da argia hedatzen den ingurunea homogeneoa eta isotropikoa izan ohi dela, alegia, uniformea dela norabide guztietan.

Zientzialariek teorikoki iragarria zeukaten espezifikoki egituratutako gainazalek argia “hankaz gora” jar dezaketela argia haietan zehar hedatzen denean. “Gainazal horiei metagainazal hiperboliko esaten zaie, eta iturri puntual batetik igorritako uhinak norabide jakin batzuetan eta uhin-fronte irekiekin (ahurrak) hedatzen dira gainazal horietan zehar”, azaldu du Javier Alfaro ikertzaileak (nanoGUNEko doktoretza-ikaslea eta artikuluaren egilekideetako bat). Norabide jakin batzuetan bakarrik hedatzen direnez eta, gainera, argiak espazio zabalean edo uhin-gidari estandarretan izan ohi dituen uhin-luzerak baino askoz uhin-luzera txikiagoekin hedatzen direnez, seinaleak hautemateko eta prozesatzeko gailu optikoak miniaturizatzen lagundu lezakete.

Orain, argi infragorrirako metagainazal bat garatu dute ikertzaileek. Boro nitruroan oinarrituta dago; grafenoaren antzeko 2Dko materiala da, eta argi infragorria luzera-eskala arras txikietan manipulatzeko gaitasunagatik hautatu dute. Halaber, sentsore kimiko miniaturizatuak garatzeko edo gailu optoelektronikoetan beroa nanoeskalan kudeatzeko erabili ahal izango litzateke. Bestalde, uhin-fronte ahurrak zuzenean ikustea lortu dute, mikroskopio optiko berezi bat erabiliz, eta orain arte oso zaila izan da horiek ikusi ahal izatea.

Metagainazal hiperbolikoak fabrikatzea zaila da oso, eskala nanometrikoko egitura oso zehatza behar baitute. Irene Dolado nanoGUNEko doktoretza-ikasleak eta Saül Velez nanoGUNEko doktoretza osteko ikertzaile ohiak (orain ETH Zürich-en dago) erronka hori gainditu dute, elektroi-sorta bidezko litografiaren eta Kansas Estatuko Unibertsitateak helarazitako kalitate handiko boro nitrurozko xafla txikien grabatuaren bidez. “Hainbat optimizazio egin ondoren, behar genuen doitasuna lortu dugu, eta 25 nm-rainoko tamaina-tarteko sareta-egiturak lortu ditugu”, azaldu du Doladok. “Fabrikazio-metodo horiek berak beste material batzuetan ere erabil daitezke, eta horrek bidea zabal dezake propietate optiko pertsonalizatuko metagainazal egituratu artifizialak egiteko”, erantsi du Saül Vélezek.

Teoriatik errealitatera 

Uhinak metagainazalean nola hedatzen diren ikusteko, ikertzaileek abangoardiako nanoirudi infragorriko teknika bat erabili dute, nanoGUNEko Nanooptikako taldeak berak garatu duena. Lehenengo, urrezko nanoantena infragorri bat ezarri zuten metagainazalaren gainean. “Nanoantenak uretara jaurtitako harri baten funtzioa egiten du horrela”, dio Peining Lik. Nanoantenak argi infragorri intzidentea kontzentratzen du foku txiki batean, eta metagainazalaren gainean hedatzen diren uhinak jaurtitzen ditu horrek. Eremu hurbileko ekorketa-mikroskopio optiko baten laguntzarekin (s-SNOM), ikertzaileek uhinen irudiak atera zituzten. “Zoragarria izan zen irudiak ikustea. Izan ere, urrezko nanoantenatik hedatzen ziren uhin-fronteen kurbadura ahurra bistaratu zuten, teoriak iragarri bezalaxe”, dio Rainer Hillenbrand nanoGUNEko Ikerbasque ikertzaile eta ikerketaren zuzendariak.

Ikerketaren emaitzek etorkizun oparoa dute, eta bide berriak ireki dizkiete material bidimentsionaleko nanoegiturei, metagainazal hiperbolikoz osatutako gailuetarako eta zirkuituetarako plataforma berritzaile gisa erabiltzeko. Are gehiago, emaitzek frogatu dute nola eremu hurbileko mikroskopia erabilgarria den material anisotropikoetako fenomeno optikoak agerian uzteko eta metagainazalak diseinatzeko printzipio berriak egiaztatzeko.

Ikerketaren finantziazioa nagusiki Europar Batasunaren Marie Sklodowsca-Curie Actions banakako diru-laguntzetatik eta Eusko Jaurlaritzaren eta Espainiako Gobernuaren doktoretza aurreko ikerketarako beka-programetatik dator, bai eta Estatu Batuetako Nacional Science Foundation-etik ere, eta Graphene Flagship europar ekimenaren barneko nanoGUNEko proiektuekin bat gauzatu da.

NovaSpider-ek sortutako egituren aplikazio-eremuak askotarikoak eta etorkizun handikoak dira. Ekipoak aukera ematen du material konposatu sendoak, arinak, porotsuak eta azalera espezifiko handikoak diseinatzeko, nanozuntz polimerikoetatik abiatuta. Nanozuntz horien izaera, diametroa, itxura eta morfologia erraz eta eraginkortasunez modulatu daitezke. Horrelako egiturek interes handia pizten dute hainbat eremutan, hala nola birsorkuntza-medikuntzan, ehunak birsortzeko aldamio gisa erabiltzen baitira; biomedikuntzaren alorrean, egitura horiek funtzionalizatu egiten dira, eta erabiltzen dira botikak modu kontrolatuan askatzeko eta zauriak babesteko; eta energiaren sektorean, non superkondentsadoreetan katalizatzaile gisa zer funtzio duten aztertzen baita.

Era berean, ehungintzan eta paketatze-sektorean duen aplikazioa azpimarratu behar da. Izan ere, lortu nahi da elikagaien kontserbazioa hobetzea eta material plastikoen ordez material biodegradagarriak erabiltzea. Orain arte probatutako lagin-bankua zabala da: azukreak, proteinak, kolagenoa, gelatina, zelulosa, etab. Teknologia oso moldakorra dela erakusten du horrek. Material horiek, paketatze-kartoiaren gainean jarrita, kartoiak elikagaiekin kontaktuan jartzeko behar dituen hesi-propietateak eskaintzen dituzte. Hala, orain arte film plastikoak eskaintzen zuen funtzioa ordeztu nahi dute, eta, horren ordez, erabat biodegradagarria den estaldura bat jarri.

Elektrospinnig-ean aditua den Wiwat Nuansing doktoreak eta mekatronikan espezializatua den Javier Latasa ingeniariak —zeina ikertzaile baita Alexander Bittner nanoGUNEko Ikerbasque ikertzailea buru duen Automihiztadura Taldean— azken urtetan egindako lanaren emaitza da proiektua. 3D inprimaketa-industriako adituen laguntzari esker, estandar altuenak betetzen ditu ekipoak, eta sektoreko azken aurrerapen teknologikoak barneratu ditu.

Nova Spider ekipoak FDM/FFF inprimaketa aditiboko teknologia integratzen du nanozuntz elektrospinning disoluzioak eta melt electrospinnig disoluzioak ekoizteko teknikekin:

• FFF teknologia (edo FDM: material urtua jalkitzea) gaur egun oso ezaguna den termoplastikodun piezak fabrikatzeko prozesua da. Metodo horrek material urtua geruzaz geruza pixkanaka jalkitzen du, eta hozten denean solidotzen da, nahi den objektua sortuz.
• Elektrospinning teknika disoluzio bati, oro har disoluzio polimerikoa, indar elektrostatiko bat aplikatzean datza; disoluzioaren eta aurrez aurre dagoen kolektore baten artean tentsio handia aplikatzean induzitutako eremu elektrikoak eragindako indar elektrostatiko, alegia. Horren ondorioz, zuntz jarraitu bat kolektorearen kontrako zorrotada moduan irteten da disoluziotik, eta han nanozuntz desordenatuko mintz bat lortzen da, ehundu gabea.
• Azkenik, Melt-electrospinig teknika aurrekoaren aldaera bat da. Disolbatzaileak erabili beharrean, material termoplastikoa berotu egiten da egoera likidora eraman arte. Aurreko kasuan bezala, indar elektrostatiko baten ondorioz, zuntz jarraitu bat material likidotik ateratzen da. Kasu horretan, mikra baino diametro handiagoa du zuntzak, eta ibilbide zuzena izatea lor daiteke. Horri esker, zehatz kontrola dezakegu haren jalkitzea, eta, beraz, nahi ditugun patroiei jarraituz mikrozuntzezko egiturak erreproduzitu ditzakegu.