Højopløselige fuldfarvebilleder kan dannes ved hjælp af siliciumnanostrukturpixels

Farveprint produceret på moderne printere har en opløsning på et par tusinde punkter pr. tomme (dpi), men en alternativ strategi, der udnytter nanoteknologiens kraft, kan forbedre denne opløsning med en størrelsesorden.

Afsætning af blækdråber på en overflade for at skabe farvebilleder er en århundreder gammel teknologi. A*STAR-forskere tester nu en ny metode, som bruger en række nanostrukturer, der reflekterer lys af den ønskede farve. Da disse strukturer, eller pixels, er meget mindre end blækdråber, en opløsning på op til 100, 000 dpi kunne, i princippet, blive opnået.

Nanostrukturer påvirker lyset gennem såkaldte optiske resonanser. I tilfælde af metaller, disse optiske resonanser skyldes excitation af plasmoner - lys kobler sig stærkt til rumligt afgrænsede elektroner på overfladen, og enten absorberes eller reflekteres afhængigt af dens bølgelængde. Den maksimale reflektivitetsbølgelængde, og dermed den tilsyneladende farve på pixlen, kan indstilles ved at ændre dimensionerne af nanostrukturerne.

Plasmoniske materialer er ofte ædelmetaller, såsom guld og sølv, eller aluminium. Men disse materialer er begrænset af prisen, spektrum dækning, eller den lave renhed af den farve, de afspejler.

Ramón Paniagua-Domínguez fra A*STAR Data Storage Institute og kolleger undersøger halvledernanostrukturer lavet af silicium. De måler de optiske egenskaber af et array af diske med diametre fra 50 til 250 nanometer under belysningsforhold, der er egnede til en praktisk implementering.

"Vi sammenlignede kvaliteten af ​​farver genereret af siliciumpartikler med dem fra sølv og aluminium plasmoniske partikler, " siger Paniagua-Domínguez. "Vi viste, at de opnåede farver er af langt bedre kvalitet med hensyn til nuance, farveskala og intensitet."

Forbedringen skyldes, at farverne fra silicium ikke stammer fra plasmoniske resonanser, som de gør i ædelmetallerne, men snarere fra geometriske resonanser, der stammer fra bundne elektroner. Følgelig, silicium er mindre påvirket af absorptionstab end sølv eller aluminium og kan derfor producere et skarpere reflektansspektrum, betyder en bedre farverenhed.

Teknologien til fremstilling af siliciumnanostrukturer er veludviklet på grund af dens brede anvendelse i fremstillingen af ​​elektronik. Takket være dette var de i stand til at gengive mesterværker som Edvard Munchs Skriget på et område mindre end en kvadratmillimeter.

"Vores fokus er på at udvide farveskalaen til at gå ud over den standard, der er almindeligt anvendt i skærmindustrien, " siger Paniagua-Domínguez. "Vi vil også undersøge mekanismer til aktivt at kontrollere resonanserne, og derfor farven, af partiklerne, at bringe denne teknologi tættere på anvendelse i ultra-high-definition skærme."