Ett schema för att kraftigt öka antalet färger som kan produceras med arrays av små aluminium nanodiskar har demonstrerats av A*STAR -forskare.

Konventionella pigment producerar färger genom att selektivt absorbera ljus med olika våglängder - t.ex. rött bläck visas rött eftersom det absorberas starkt i de blå och gröna spektralregionerna. En liknande effekt kan uppnås i mycket mindre skala genom att använda matriser av metalliska nanostrukturer, eftersom ljus av vissa våglängder väcker kollektiva svängningar av fria elektroner, känd som plasmonresonanser, i sådana strukturer.

En fördel med att använda metallnanostrukturer snarare än bläck är att det är möjligt att förbättra upplösningen av färgbilder med hundra gånger. Denna förbättrade upplösning, vid diffraktionsgränsen för ljus, är avgörande för datalagring, digitala bilder och säkerhetsapplikationer. Aluminium - på grund av dess låga kostnad och goda stabilitet - är ett särskilt attraktivt material att använda.

Joel Yang och Shawn Tan vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och medarbetare använde en elektronstråle för att bilda matriser med cirka 100 nanometer höga pelare. De avsatte sedan ett tunt aluminiumskikt ovanpå pelarna och i luckorna mellan dem. I dessa matriser, varje pixel var en 800 nanometer lång kvadrat som innehöll fyra aluminium nanodiskar.

Plasmonresonansvåglängden varierar känsligt med nanostrukturernas dimensioner. Följaktligen, genom att variera diametern på de fyra aluminiumnanodiskarna i en pixel (alla fyra nanodiskarna har samma diameter), forskarna kunde producera cirka 15 olika färger - en bra början, men knappast tillräckligt för att troget återge fullfärgsbilder.

Genom att låta två par diametralt motsatta nanodiskar ha olika diametrar från varandra, genom att variera de två diametrarna kunde de öka detta antal till över 100. Slutligen, de genererade över 300 färger genom att variera både nanodiskdiametern (men hålla alla fyra diametrar inom en pixel densamma) och avståndet mellan intilliggande nanodiskar i en pixel (se bild). "Denna metod är analog med halvtoning som används vid bläckbaserad utskrift och resulterar i ett brett färgomfång, "kommenterar Yang.

Forskarna demonstrerade effektiviteten av deras utökade palett med hjälp av en Monet -målning. De reproducerade bilden med både en begränsad och utökad palett, med en mycket bättre färgåtergivning från den utökade paletten. Otroligt, de minskade bilden från 80 centimeter till bara 300 mikrometer - en 2, 600-faldig storlek.

"Användningen av en mer kostnadseffektiv metall har potential att flytta denna teknik närmare adoption, "Tan anteckningar.