Metal nanopartikler skinner med tilpasselig farve (med video)

(PhysOrg.com) -- Ingeniører ved Harvard har demonstreret en ny slags justerbart farvefilter, der bruger optiske nanoantenner til at opnå præcis kontrol af farveoutput.

Mens et konventionelt farvefilter kun kan producere én fast farve, et enkelt aktivt filter under udsættelse for forskellige typer lys kan producere en række farver.

Fremskridtet har potentiale til anvendelse i fjernsyn og biologisk billeddannelse, og kunne endda bruges til at oprette usynlige sikkerhedskoder til markering af valuta. Resultaterne fremgår af februar -udgaven af Nano bogstaver .

Kenneth Crozier, Lektor i elektroteknik ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), og kolleger har konstrueret størrelsen og formen af ​​metalnanopartikler, så farven de fremstår stærkt afhænger af polariseringen af ​​lyset, der oplyser dem. Nanopartiklerne kan betragtes som antenner - svarende til antenner, der bruges til trådløs kommunikation - men meget mindre i skala og opererer ved synlige frekvenser.

"Med fremskridt inden for nanoteknologi, vi kan præcist styre formen af ​​de optiske nanoantenner, så vi kan indstille dem til at reagere forskelligt med lys af forskellige farver og forskellige polariseringer, " sagde medforfatter Tal Ellenbogen, en postdoc ved SEAS. "Ved at gøre det, vi har designet en ny slags kontrollerbart farvefilter."

Konventionelle RGB-filtre, der bruges til at skabe farver i nutidens fjernsyn og skærme, har én fast udgangsfarve (rød, grøn, eller blå) og opret en bredere palet af nuancer gennem blanding. Derimod hver pixel af de nanoantennebaserede filtre er dynamiske og i stand til at producere forskellige farver, når polarisationen ændres.

Forskerne kaldte disse filtre for "kromatiske plasmoniske polarisatorer", da de kan skabe en pixel med en ensartet farve eller komplekse mønstre med farver, der varierer som funktion af position.

For at demonstrere teknologiens muligheder, akronymet LSP (forkortelse for lokaliseret overfladeplasmon) blev skabt. Med upolariseret lys eller med lys, der er polariseret ved 45 grader, bogstaverne er usynlige (grå på grå). I polariseret lys ved 90 grader, bogstaverne fremstår levende gule med en blå baggrund, og ved 0 grader er farveskemaet omvendt. Ved at rotere polariseringen af ​​det indfaldende lys, bogstaverne skifter så farve, går fra gul til blå.

"Det, der er noget usædvanligt ved dette arbejde, er, at vi har et farvefilter med en respons, der afhænger af polarisering, " siger Crozier.

Forskerne forestiller sig flere slags applikationer:ved hjælp af farvefunktionaliteten til at præsentere forskellige farver i en skærm eller et kamera, viser polarisationseffekter i væv til biomedicinsk billeddannelse, og integrering af teknologien i etiketter eller papir for at generere sikkerhedskoder, der kan markere penge og andre objekter.

For at se farveeffekterne fra nuværende fremstillede prøver kræver forstørrelse, men storstilede nanoprintteknikker kunne bruges til at generere prøver, der er store nok til at blive set med det blotte øje. At bygge et fjernsyn, for eksempel, at bruge nanoantennerne ville kræve en hel del avanceret teknik, men Crozier og Ellenbogen siger, at det er absolut muligt.

Crozier krediterer det seneste forskud, delvis, at tage en biologisk tilgang til problemet med farvegenerering. Ellenbogen, hvem er, ironisk, farveblind, havde tidligere studeret beregningsmodeller af den visuelle cortex og bragt en sådan viden til laboratoriet.

"De kromatiske plasmoniske polarisatorer kombinerer to strukturer, hver med en forskellig spektral respons, og det menneskelige øje kan se blandingen af ​​disse to spektrale reaktioner som farve, "sagde Crozier.

"Vi ville normalt spørge, hvad svaret er med hensyn til spektret, snarere end hvad er svaret i form af øjet, " tilføjede Ellenbogen.