Forskere demonstrerer en elektrokrom nanoplasmonisk optisk switch

I en nylig artikel i Nano bogstaver , CNST-forskere beskriver en ny høj kontrast, lav driftsspænding, elektrokemisk optisk switch, der bruger et volumen af ​​aktivt farvestof, størrelsesordener mindre end konventionelle elektrokrome enheder.

Elektrokromisme refererer til en reversibel ændring i den optiske absorption af et materiale under en påført spænding. Uorganiske og organiske elektrokrome materialer anvendes i displays, smarte vinduer, og bilspejle. En ændring i lysabsorption i et sådant materiale er forårsaget af en ændring i oxidationstilstanden, og kræver, at både ioner og elektroner diffunderer gennem materialet. Formindskelse af materialets tykkelse reducerer diffusionstiden, gør det elektrokrome skifte hurtigere, men reducerer desværre også kontrasten.

Forskere fra NIST og University of Maryland har dyrket krystaller af det elektrokrome farvestof Prussian Blue inde i en guld nanoslitet bølgeleder, hvor lys forplanter sig som en overflade plasmon polariton (SPP). SPP'er er kollektive ladningsoscillationer koblet til et eksternt elektromagnetisk felt, der udbreder sig langs en grænseflade mellem et metal og et dielektrikum.

Farvestoffet nanokrystaller, aflejret på slidsens sidevægge ved cyklisk voltammetri, kan omkobles elektrokemisk for at give en transmissionsændring ≈ 96 % (i rødt) ved brug af styrespændinger mindre end 1 V. Den høje switchkontrast er muliggjort af det stærke rumlige overlap mellem SPP'erne og nanokrystallerne indespærret i spalten. Kontrasten forstærkes også af den uventede høje absorptionskoefficient af preussiske blå nanokrystaller dyrket på en guldoverflade sammenlignet med bulkmateriale.

Kontakten fungerer effektivt selv med en relativt lav fyldningsfraktion af aktivt materiale i spalten (≈ 25 %), fører til et stort kontaktområde med elektrolytten. Fordi lyset forplanter sig i en retning vinkelret på retningen af ​​ladningstransporten mellem elektrolytten og det ultratynde farvelag inde i nanospalten, det nye switchdesign giver et betydeligt løfte om at skabe elektrokrome enheder med rekordstore switchhastigheder.