Färgutskrifter som produceras på moderna skrivare har en upplösning på några tusen punkter per tum (dpi), men en alternativ strategi som utnyttjar nanoteknologins kraft kan förbättra denna upplösning med en storleksordning.

Att avsätta bläckdroppar på en yta för att skapa färgbilder är en månghundraårig teknik. A*STAR-forskare testar nu en ny metod, som använder en rad nanostrukturer som reflekterar ljus av önskad färg. Eftersom dessa strukturer, eller pixlar, är mycket mindre än bläckdroppar, en upplösning på upp till 100, 000 dpi kunde, i princip, uppnås.

Nanostrukturer påverkar ljuset genom så kallade optiska resonanser. När det gäller metaller, dessa optiska resonanser beror på excitation av plasmoner - ljus kopplar starkt till rymdmässigt begränsade elektroner på ytan, och antingen absorberas eller reflekteras beroende på dess våglängd. Toppreflektivitetens våglängd, och därmed den skenbara färgen på pixeln, kan justeras genom att ändra dimensionerna på nanostrukturerna.

Plasmoniska material är ofta ädelmetaller, som guld och silver, eller aluminium. Men dessa material är begränsade av priset, spektrumtäckning, eller färgens låga renhet de reflekterar.

Ramón Paniagua-Domínguez från A*STAR Data Storage Institute och medarbetare undersöker halvledarnanostrukturer gjorda av kisel. De mäter de optiska egenskaperna hos en uppsättning skivor med diametrar från 50 till 250 nanometer under belysningsförhållanden som är lämpliga för en praktisk implementering.

"Vi jämförde kvaliteten på färger som genereras av kiselpartiklar med de från silver- och aluminiumplasmoniska partiklar, " säger Paniagua-Domínguez. "Vi visade att de erhållna färgerna är av mycket bättre kvalitet när det gäller nyans, omfång och intensitet."

Förbättringen beror på att färgerna från kisel inte härrör från plasmoniska resonanser som de gör i ädelmetallerna, utan snarare från geometriska resonanser som härrör från bundna elektroner. Följaktligen, kisel påverkas mindre av absorptionsförluster än silver eller aluminium och kan därför ge ett skarpare reflektansspektrum, vilket betyder en bättre färgrenhet.

Tekniken för att tillverka nanostrukturer av kisel är väl utvecklad på grund av dess breda användning inom tillverkning av elektronik. Tack vare detta kunde de reproducera mästerverk som Edvard Munchs The Scream i ett område mindre än en kvadratmillimeter.

"Vårt fokus ligger på att utöka färgomfånget för att gå utöver den standard som allmänt används inom bildskärmsindustrin, "säger Paniagua-Domínguez." Vi kommer också att utforska mekanismer för att aktivt styra resonanserna, och därför färgen, av partiklarna, för att föra den här tekniken närmare tillämpningen i ultrahögupplösta skärmar. "