Farveudskrivning ved højest mulig opløsning muliggjort ved brug af arrays af metalbelagte nanostrukturer

Kommercielle laserprintere producerer typisk pin-skarpe billeder med blækpletter omkring 20 mikrometer fra hinanden, resulterer i en opløsning på 1, 200 punkter pr. tomme (dpi). Ved at formindske adskillelsen til kun 250 nanometer - omkring 100 gange mindre - kan et forskerhold hos A*STAR nu udskrive billeder med utrolige 100, 000 dpi, den højest mulige opløsning for et farvebillede. Disse billeder kan bruges som små anti-forfalskede tags eller til at kode data med høj tæthed.

For at udskrive billedet, holdet belagde en siliciumwafer med isolerende hydrogensilsesquioxan og fjernede derefter en del af dette lag for at efterlade en række opretstående stolper på omkring 95 nanometer høje. De dækkede disse nanoposter med lag af krom, sølv og guld (1, 15 og 5 nanometer tyk, henholdsvis), og også belagt waferen med metal for at fungere som en bagreflektor.

Hver farvepixel på billedet indeholdt højst fire indlæg, arrangeret i en firkant. Forskerne var i stand til at producere en regnbue af farver blot ved at variere mellemrummet og diameteren af ​​stolperne til mellem 50 nanometer og 140 nanometer.

Når lys rammer det tynde metallag, der dækker stolperne, det sender krusninger - kendt som plasmoner - der løber gennem elektronerne i metallet. Størrelsen på stolpen bestemmer hvilke bølgelængder af lys der absorberes, og som reflekteres (se billede).

Plasmonerne i metalhætterne får også elektroner i tilbagereflektoren til at oscillere. "Denne kobling kanaliserer energi fra skiverne ind i tilbagereflektorplanet, derved skabes stærk absorption, der resulterer i, at visse farver trækkes fra det synlige spektrum, " siger Joel Yang, som ledede holdet af forskere ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og A*STAR Institute of High Performance Computing.

Udskrivning af billeder på denne måde gør dem potentielt mere holdbare end dem, der er skabt med konventionelle farvestoffer. Ud over, Farvebilleder kan ikke være mere detaljerede:to tilstødende prikker sløres til én, hvis de er tættere på end halvdelen af ​​bølgelængden af ​​det lys, der reflekteres fra dem. Da bølgelængden af ​​synligt lys varierer omkring 380-780 nanometer, nanoposterne er så tætte som det er fysisk muligt for at producere et rimeligt udvalg af farver.

Selvom processen tager flere timer, Yang foreslår, at en skabelon til nanoposterne hurtigt kunne stemple mange kopier af billedet. "Vi udforsker også nye metoder til at kontrollere polariseringen af ​​lys med disse nanostrukturer og tilgange til at forbedre farverenheden af ​​pixels, " tilføjer han.