Den smalaste, det jämnaste lagret av silver som kan överleva luftexponering har lagts ner vid University of Michigan, och det kan förändra hur pekskärmar och platta eller flexibla skärmar tillverkas.

Det kan också bidra till att förbättra datorkraften, påverkar både överföringen av information inom ett kiselchip och mönstringen av själva chippet genom metamaterialsuperlinser.

Genom att kombinera silvret med lite aluminium, UM-forskarna fann att det var möjligt att producera exceptionellt tunna, släta lager av silver som är resistenta mot nedsmutsning. De applicerade en antireflekterande beläggning för att göra ett tunt metallskikt upp till 92,4 procent genomskinligt.

Teamet visade att silverbeläggningen kunde leda ljus ungefär 10 gånger så långt som andra metallvågledare - en egenskap som kan göra den användbar för snabbare beräkning. Och de skiktade silverfilmerna i en metamaterial-hyperlins som kunde användas för att skapa täta mönster med funktionsstorlekar som är en bråkdel av vad som är möjligt med vanliga ultravioletta metoder, på kiselchips, till exempel.

Skärmar av alla ränder behöver genomskinliga elektroder för att kontrollera vilka pixlar som lyser upp, men pekskärmar är särskilt beroende av dem. En modern pekskärm är gjord av ett transparent ledande skikt täckt med ett icke-ledande skikt. Den känner av elektriska förändringar där ett ledande föremål – som ett finger – trycks mot skärmen.

"Den genomskinliga konduktormarknaden har dominerats till denna dag av ett enda material, " sa L. Jay Guo, professor i elektroteknik och datavetenskap.

Detta material, Indiumtennoxid, beräknas bli dyrt eftersom efterfrågan på pekskärmar fortsätter att växa; det finns relativt få kända källor till indium, sa Guo.

"Innan, det var väldigt billigt. Nu, priset stiger kraftigt, " han sa.

Den ultratunna filmen skulle kunna göra silver till en värdig efterträdare.

Vanligtvis, det är omöjligt att göra ett kontinuerligt lager av silver som är mindre än 15 nanometer tjockt, eller ungefär 100 silveratomer. Silver har en tendens att klunga ihop sig på små öar snarare än att sträcka sig till en jämn beläggning, sa Guo.

Genom att tillsätta cirka 6 procent aluminium, forskarna lirkade metallen till en film med mindre än hälften så tjock – sju nanometer. Vad mer, när de exponerade det för luft, den bleknade inte direkt som rena silverfilmer gör. Efter flera månader, filmen bibehöll sina ledande egenskaper och transparens. Och den satt fast ordentligt, medan rent silver kommer från glas med tejp.

Förutom deras potential att fungera som transparenta ledare för pekskärmar, de tunna silverfilmerna erbjuder ytterligare två knep, båda har att göra med silvers oöverträffade förmåga att transportera synliga och infraröda ljusvågor längs dess yta. Ljusvågorna krymper och färdas som så kallade ytplasmonpolaritoner, visar sig som svängningar i koncentrationen av elektroner på silvrets yta.

Dessa svängningar kodar för ljusets frekvens, bevara den så att den kan komma fram på andra sidan. Även om optiska fibrer inte kan skala ner till storleken på koppartrådar på dagens datorchips, plasmoniska vågledare kan tillåta information att färdas i optisk snarare än elektronisk form för snabbare dataöverföring. Som en vågledare, den släta silverfilmen kunde transportera ytplasmonerna över en centimeter – tillräckligt för att klara sig inuti ett datorchip.

Silverfilmens plasmoniska förmåga kan också utnyttjas i metamaterial, som hanterar ljus på sätt som bryter mot optikens vanliga regler. Eftersom ljuset färdas med en mycket kortare våglängd när det rör sig längs metallytan, filmen ensam fungerar som en superlins. Eller, för att se ännu mindre funktioner, de tunna silverskikten kan varvas med ett dielektriskt material, som glas, att göra en hyperlins.

Sådana linser kan avbilda föremål som är mindre än ljusets våglängd, som skulle suddas ut i ett optiskt mikroskop. Det kan också möjliggöra lasermönster – som används för att etsa transistorer till kiselchips idag – för att uppnå mindre funktioner.

Den första författaren är Cheng Zhang, en nyutexaminerad U-M doktorand i elektroteknik och datavetenskap som nu arbetar som postdoktor vid National Institute of Standards and Technology.

En artikel om denna forskning, med titeln "High-performance Doped Silver Films:Overcoming Fundamental Material Limits for Nanophotonic Applications" publiceras i Avancerade material . Studien stöddes av National Science Foundation och Beijing Institute of Collaborative Innovation. U-M har ansökt om patent och söker partners för att få ut tekniken på marknaden.