Kredit:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)
En forskargrupp från POSTECH har utvecklat ett transparent amorft kisel som överför synligt ljus – vilket gör att vi kan särskilja färgerna på föremål – vilket möjliggör utveckling av papperstunna linser som kan användas i huvudmonterade skärmar (HMD) som visar virtuella och augmented reality-bilder i realtid.
Ett forskarlag – ledd av professor Junsuk Rho från POSTECHs avdelningar för maskinteknik och kemiteknik, och Ph.D. kandidat Younghwan Yang och Dr. Gwanho Yoon vid Institutionen för maskinteknik—har utvecklat synligt transparent amorft kisel genom att förbättra metoden med plasmaförstärkt kemisk ångavsättning (PECVD). en praxis som ofta används av koreanska bildskärmstillverkare. Forskarna lyckades också effektivt kontrollera ljuset i det synliga området med det nyutvecklade kislet. Denna forskning publicerades nyligen i Avancerade material, den mest respekterade internationella tidskriften om materialvetenskap.
Eftersom ljus böjs mer med högre brytningsindex, ett material med högt brytningsindex är viktigt för att designa enheter för virtuell och förstärkt verklighet. Dock, de flesta högbrytande material tenderar att absorbera ljus och när de används i en enhet som producerar en bild genom att kontrollera ljuset – som en ultratunn lins eller ett hologram – försämras deras prestanda. De optiska materialen som presenterats hittills har hög transmittans med lågt brytningsindex, eller, omvänt, högt brytningsindex och låg transmittans, vilket begränsar produktionen av lätta och högeffektiva optiska enheter.
Demonstration av en lågförlustkiselmetaytaplattform. a) Enhetscellkonfigurationen av rektangulära pelare som består av hydrerat amorft kisel (a?Si:H) på ett glassubstrat. Omvandlingseffektiviteten n kan definieras av intensitetsförhållandet mellan transmitterat högerhänt cirkulärt polariserat ljus (RCP) och infallande vänsterhänt cirkulärt polariserat ljus (LCP). η beräknas genom att variera perioden p, höjd h, längd l, och bredd w. b) Den maximala η-variationen enligt TP. De blå rektanglarna, gröna cirklar, och röda trianglar representerar uppmätta data vid våglängderna 450, 532, och 635 nm, respektive. c) Det beräknade η för de optimerade geometriska strukturerna med a?Si:H avsatt vid TP =200 °C, PC =25 mTorr, WRF =800 W, och y =7,5. Det blåa, grön, och röda cirklar relaterar till den optimerade η vid våglängderna 450, 532, och 635 nm, respektive. d) Förhållandet mellan värdet på extinktionskoefficienten (k) och maximalt η. De svarta rektanglarna är det beräknade maximala η vid uppmätt k vid våglängderna 450, 532, och 635 nm med olika avsättningsförhållanden. Den heldragna linjen visar en passande kurva med (k2 + Ak + B)-1, där A =7,04, och B = ?8,49 med passformen R2 =0,92. e) Schematisk över den geometriska metaytan. Under normal LCP-incidens, utbredningsriktningen för det utsända RCP-ljuset avviker med en avböjningsvinkel 6 från normalriktningen. f) SEM-bilder av de tillverkade metasytorna optimerade för:i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, och iii) λ =635 nm. g) Sned SEM-bilder visar defekterna inom tillverkningsstegen för metasytor optimerade för i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, och iii) λ =635 nm. h) Tagna bilder av det transmitterade ljuset på skärmen med olika infallande våglängder λ. Ljusa fläckar i mitten och höger sida är strålen av ordningen noll och den transmitterade korspolariserade strålen, respektive. Mörka fläckar på vänster sida beror på det ofullkomliga cirkulära polariseringstillståndet. i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, och iii) λ =635 nm. Kredit:Junsuk Rho (POSTECH), Wiley
Till detta, forskargruppen använde PECVD-metoden, en vanlig teknik för att utveckla det amorfa kislet. När kislet deponeras med PECVD-metoden, teamet utforskade varje parameter i processen, såsom temperatur, tryck, plasmakraft, och väteförhållande, och avslöjade effekten av varje variabel på de intermolekylära bindningarna.
Dessutom, teamet upptäckte en metod för att öka regelbundenheten mellan kiselatomer genom att infoga väteatomer mellan ansträngda kiselatombindningar, och genom detta, den atomära strukturen av amorft kisel som har ett högt brytningsindex och signifikant transmittans identifierades. Dessutom, forskarna lyckades styra rött, grön, och blått ljus i önskad riktning, som tidigare inte kunde kontrolleras med konventionellt kisel.
Transparent amorft kisel har fördelen att producera hologramanordningar eller ultratunna linser som är en tusendel av tjockleken hos konventionella linser till en bråkdel av kostnaden. Tillämpbarheten av kislet har också utökats genom att det amorfa kislet, som endast har använts i termiska infraröda kameror, kan nu användas som en optisk anordning i området för synligt ljus.
"Upptäckten av ett optiskt element som kan kontrollera allt synligt ljus har avslöjat ledtrådar om förhållandet mellan den atomära bindningsstrukturen och området med synligt ljus, som inte varit av intresse förrän nu, " förklarade professor Junsuk Rho, motsvarande författare som ledde studien. "Eftersom vi kan producera optiska enheter som kan kontrollera alla färger till låg kostnad, vi är nu ett steg närmare kommersialiseringen av virtuell och förstärkt verklighet och hologramteknologier som bara ses i filmer."
