(Phys.org) – Forskare utvecklar en teknik som en dag skulle kunna göra färg- och färgförpackningsetiketter som aldrig bleknar. Färgen produceras av en typ av nanostruktur som kallas en "plasmonisk pixel". Dessa pixlar är gjorda av nanoantenner i aluminium, och när de fria elektronerna i metallen kollektivt vibrerar vid specifika frekvenser, de producerar en specifik färg.

I en ny tidning publicerad i Nanobokstäver , Timothy D. James, Paul Mulvaney, och Ann Roberts vid University of Melbourne har demonstrerat en ny plasmonisk pixeldesign som tar itu med flera av de kritiska problemen som plasmoniska färgbilder står inför, inklusive ett begränsat antal färger, liten bildstorlek, och svårigheter att skapa korrekta färger utan att använda komplexa färgkartläggningsalgoritmer.

Den nya plasmoniska pixeldesignen använder en algoritm som kan producera nästan 2000 olika färger och nyanser och uppnå en upplösning som överstiger upplösningsgränsen för det mänskliga ögat. Att demonstrera, forskarna tillverkade en 1,5 cm lång bild (vilket är relativt stor jämfört med tidigare plasmoniska bilder), och visade att färger kunde återges exakt med hjälp av en enkel färgkartläggningsalgoritm.

Även om andra områden inom plasmonikforskning kan ha potentiella tillämpningar som displayer för telefoner och TV-apparater, denna plasmoniska pixel producerar en statisk bild, där färgen och strukturen är inställda vid tillverkningstillfället och inte kan ändras.

"De potentiella tillämpningarna för den plasmoniska pixeln (och andra färgproducerande nanostrukturer i detta forskningsutrymme) skulle vara som en industriell färg på bilar, byggnader, reklamskyltar, etc., eftersom de plasmoniska pixlarna aldrig kommer att blekna, " berättade James Phys.org . "Med förmågan att skriva ut i upplösningar som är högre än konventionella pigmentbaserade processer, de plasmoniska pixlarna kan också ha tillämpningar i säkerhetsbaserade enheter för användning på högvärdiga produktförpackningar, mediciner, etc."

Som forskarna förklarar i sin artikel, tryckta bilder är bara en tillämpning av plasmonikforskning. Andra plasmoniska strukturer används redan i sensorer, Ljuskällor, och solceller. Alla dessa applikationer är baserade på samma allmänna koncept för plasmoner, som i grunden är stora massor av elektroner som rör sig tillsammans under ett pålagt elektriskt fält. De vanligaste plasmoniska materialen är guld och silver, men aluminium är den mer praktiska kandidaten för storskaliga tillämpningar på grund av dess naturliga överflöd och låga kostnad.

De nya plasmoniska pixelbilderna är gjorda av arrayer av nanoantenner i aluminium som var och en producerar en specifik färg genom att selektivt absorbera eller reflektera olika våglängder av ljus. Längden på nanoantennen bestämmer dess färg, medan gapet mellan varje nanoantenn och substratet bestämmer dess färgmättnad.

En annan unik egenskap hos den plasmoniska pixelbaserade bilden är att den är polarisationsavstämbar. Genom att ändra polarisationen, eller riktningen i vilken ljusvågorna svänger, färgen kan i huvudsak slås på och av. Detta gör det möjligt att enkelt tillverka antingen färg- eller gråskalebilder.

Forskarna planerar att göra ytterligare förbättringar av konceptet med plasmoniska pixlar i framtiden.

"De omedelbara målen är att ytterligare förfina algoritmen för att öka färgomfånget och mättnaden, och att undersöka den uppskalade tillverkningen av stora plasmoniska pixelenheter med nano-imprint litografi, " sa James.

© 2016 Phys.org