Fyrværkeri på et nålehoved som elektroner muliggør farver i 100 000 pixels pr. Tomme

Billedet er på et lærred så bredt som et menneskehår, dens farver forsvinder aldrig, og de kan redigeres og slettes efter behov.

Professor Laura Na Liu ved University of Heidelberg i Tyskland har skabt det med magnesiumblokke, der skinner, fordi frie elektroner inde i dem udfører en slags mexicansk bølge kendt som plasmon.

"I modsætning til de lysemitterende dioder i vores telefoner, metalblokkene behøver ingen elektricitet for at skinne, og i modsætning til pigmenter, de falmer aldrig, "sagde prof. Liu." Plasmoner kunne revolutionere, hvordan vi viser farve. "

Plasmoner stammer fra den naturlige ebbe og strømning af frie elektroner. Når den er oplyst, disse partikler svinger frem og tilbage inden for metaller. Hvis disse grænser er smalle, elektronerne svinger hurtigere. Ved frekvenser, der er høje nok, de kan reflektere lys.

I århundreder, glasproducenter har gjort brug af fænomenet til at skænke funklende farver på kirkevinduer ved at tilføje små metalpartikler til deres opskrift.

Som en del af Dynamic Nano -projektet, finansieret af EU's europæiske forskningsråd, Prof. Liu har finjusteret størrelsen og afstanden mellem magnesiumblokke for at skræddersy den rytme, hvormed plasmoner svinger i dem. Hver konfiguration afspejler lys med en anden frekvens, tilføjer en ny farve til hendes palet.

"Blokkene er så små, at du kan pakke 100 000 pixels i hver tomme, "sagde professor Liu." Denne opløsning er størrelsesordener højere end hvad vi kan opnå i dag med printere. "

Men det afgørende træk ved billedet er hverken dets permanente lysstyrke, heller ikke dens beslutning, ifølge professor Liu. Hun mener, at det, der adskiller det fra andre fremskridt inden for plasmonik, er, at hun kan ændre billedets farver efter behov.

Gennemsigtig

De fleste forskere inden for plasmonik har eksperimenteret med ædelmetaller som guld. Med støtte fra EU's europæiske forskningsråd (ERC), Prof. Liu har valgt at arbejde med materialer som magnesium, der kan binde sig til brint for at ændre deres fysiske egenskaber.

"Når vi sprøjter brint over magnesiumblokke, vi forvandler dem gradvist til isolatorer, "sagde professor Liu." Dette ændrer de farver, de afspejler, indtil de endelig bliver gennemsigtige. "

I januar i år, Prof. Liu demonstrerede potentialet i hendes farveskiftende materiale ved at animere et fyrværkeri på et område på størrelse med et nålehoved. Hun viste også, hvordan teknikken kunne bruges til at kryptere skjulte meddelelser. Den første kommercielle applikation, hun forudser, er en sikkerhedsmærkning til godkendelse af medicin på nye markeder.

"Forfalskere kan følge udviklingen inden for fremstilling af småt eller hologrammer, "sagde hun." Men at skabe sletbare plasmoniske strukturer kræver vakuumudstyr, som almindelige kriminelle ville kæmpe for at få fingre i. "

Hvis hun og hendes samarbejdspartnere kan finde en måde at indkapsle brintet under eksponeringsprocessen og øge antallet af cyklusser, som magnesiumblokkene kan udholde, hun forventer, at teknologien kan nå markedet i de kommende to år.

For at dele de farverige muligheder for plasmonik med et bredere publikum, Professor Sergey Bozhevolnyi ved Syddansk Universitet, i Odense, har en idé, der kunne bringe deres produktion tættere på hjemmet.

Han arbejder på skalerbare metoder til fremstilling af små metalantenner på flade overflader, som lasere kan smelte til kugler. Hver antenne afspejler en anden farve afhængigt af, hvor længe laseren bestråler den.

Blækstråle

Fremgangsmåden adskiller den komplekse opgave med at producere metalpartiklerne fra den praktiske opgave med at producere billedet.

"At gøre op med komplekse laboratorieteknikker kan føre til, at plasmonik erstatter konventionel blækstråleudskrivning, "sagde prof. Bozhevolnyi.

Dette ville tilbyde glade nyheder for miljøet, da maling og blæk frigiver farlige kemikalier i naturlige økosystemer. Det ville også gøre det muligt at gemme offentliggjorte data i mindre lagre og holde billeder sikre mod blegning over tid.

Professor Bozhevolnyi ser, at plasmonikkens anvendelser når endnu længere. Som en del af sit ERC -projekt PLAQNAP, han undersøger, hvordan plasmoner også kan påvirke området informationsteknologi.

"En hindring for at øge computerhastigheden er hastigheden, hvormed information kan overføres via elektriske ledninger, "sagde prof. Bozhevolnyi." Vi når den fysiske grænse for dataoverførsel inde i computere. "

Ifølge professor Bozhevolnyi, lys sender signaler hurtigere, men ingen ved, hvordan man udnytter lys med computerchips. Efter hans mening, plasmonik kan være løsningen.

"Plasmoner er hurtige og kompakte, "sagde prof. Bozhevolnyi." Som deres anvendelse i farvegenerering viser, disse svingninger kan styre lyset meget godt. Vores udfordring er nu at kontrollere plasmonerne. "