I en ny artikel i Nanobokstäver , CNST-forskare beskriver en ny hög kontrast, låg driftspänning, elektrokemisk optisk omkopplare som använder en volym av aktiva färgämnen i storleksordningar mindre än den för konventionella elektrokroma anordningar.

Elektrokromism hänvisar till en reversibel förändring i den optiska absorptionen av ett material under en pålagd spänning. Oorganiska och organiska elektrokroma material används i displayer, smarta fönster, och bilbackspeglar. En förändring i ljusabsorptionen i ett sådant material orsakas av en förändring i oxidationstillståndet, och kräver att både joner och elektroner diffunderar genom materialet. Att minska materialets tjocklek minskar diffusionstiden, gör den elektrokroma omkopplaren snabbare, men minskar tyvärr också kontrasten.

Forskare från NIST och University of Maryland har odlat kristaller av det elektrokroma färgämnet Prussian Blue inuti en guld nanosliten vågledare där ljus fortplantar sig som en ytplasmonpolariton (SPP). SPP:er är kollektiva laddningssvängningar kopplade till ett externt elektromagnetiskt fält som utbreder sig längs ett gränssnitt mellan en metall och ett dielektrikum.

Färgämnet nanokristaller, avsatt på slitsens sidoväggar genom cyklisk voltammetri, kan omkopplas elektrokemiskt för att ge en transmissionsförändring ≈ 96 % (i rött) med hjälp av styrspänningar mindre än 1 V. Den höga kopplingskontrasten möjliggörs av den starka rumsliga överlappningen mellan SPP:erna och nanokristallerna inneslutna i slitsen. Kontrasten förstärks också av den oväntat höga absorptionskoefficienten för preussiska blå nanokristaller odlade på en guldyta jämfört med bulkmaterial.

Omkopplaren fungerar effektivt även med en relativt låg fyllnadsandel av aktivt material i slitsen (≈ 25 %), leder till en stor kontaktyta med elektrolyten. Eftersom ljuset fortplantar sig i en riktning som är vinkelrät mot riktningen för laddningstransporten mellan elektrolyten och det ultratunna färgskiktet inuti nanoslitsen, den nya switchdesignen erbjuder betydande löfte för att skapa elektrokroma enheter med rekordstora switchhastigheter.