Nanostrukturer filtrerer lys efter bestilling

Arrays af nanoskala søjler lavet til at reflektere lys af en valgt farve kunne finde anvendelse som optiske filtre i digitale kameraer.

En stråle af sollys er en blanding af forskelligt farvet lys, inklusive alle regnbuens farver. Filtrering eller blokering af en bestemt farve, eller farver, er ofte vigtigt i fotografering, farvedisplay og andre billedbehandlingsteknikker. Et internationalt team af ingeniører har nu fremstillet rækker af søjler i sølv i nanoskala, der selektivt kan reflektere lys af enhver ønsket farve1. Holdet, ledet af Jinghua Teng og Yan Jun Liu ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore, vise, at farven kan vælges ved at variere søjlernes størrelse.

Det farvede glas i en kirkes vinduer skylder sin farve delvist til en effekt kaldet overfladeplasmonresonans:lys, der passerer gennem vinduet, interagerer med elektroner i de nanometerstore metalliske urenheder, der er fanget i glasset.

Lys af en bestemt farve, eller bølgelængde, tvinger disse elektroner til hurtigt at svinge. På tur, de oscillerende elektroner øger mængden af ​​lys, der transmitteres gennem glasset ved denne bølgelængde. Teng, Liu og deres medarbejdere kunne overføre denne plasmoniske effekt fra lysoverførende vinduer til lysreflekterende spejle. "Vores kompakte reflektorer kan bruges til applikationer, herunder farvekodning, anti-forfalskning og produktbranding, " siger Teng.

Forskerne deponerede 6 nanometer titanium, efterfulgt af 180 nanometer sølv på et kvartssubstrat. På sølvlaget, de ætsede arrays af cylindre med diametre på 300 til 500 nanometer og en center-til-center adskillelse på 320 til 540 nanometer (se billede). Det resulterende mellemrum mellem nogle af søjlerne var så lille som 20 nanometer. For at opnå disse små funktioner, holdet brugte en teknik kaldet elektronstrålelitografi:de scannede en elektronstråle for at mønstre de nødvendige funktioner på et beskyttende lag placeret oven på sølvet. Derefter, de brugte en strøm af ladede ionatomer til at fræse det blottede metal og skabe nanopillerne.

Efter byggeriet, Teng, Liu og deres team skinnede hvidt lys på hver af arrays og målte bølgelængden af ​​den reflekterede stråling. Arrays af cylindre på 500 nanometer i diameter og adskilt af 40 nanometer fremstod røde, fordi de overvejende reflekterede lys med en bølgelængde på 630 nanometer. Tilsvarende søjler med en diameter på 300 nanometer og en adskillelse på 20 nanometer fremstod blå, da de reflekterede lys med en bølgelængde på 490 nanometer.

"Vi arbejder nu på at videreudvikle denne teknik til at skabe store farveskærme, ", siger Teng. "Vi sigter også efter at udvikle applikationer og samarbejder med industrien."