Illustration av den programmerbara antimontrisulfid-metaytan och dess reflektionsspektrum i flera tillstånd. Kredit:SUTD
En av nyckelkomponenterna bakom nästa generations högupplösta videoskärmar kommer att vara optiska nanoantenner. Dessa enheter använder nanoteknik för att blanda och störa ljusstrålar för att producera färg och till och med hologram.
Medan optiska nanoantenner som använder kisel eller liknande material har producerat färgbilder, är bilderna fixerade och kan inte ställas fram och tillbaka. Nya material med inställbara egenskaper krävs dock för att utnyttja optiska nanoantenner i högupplösta videor.
För att komma till rätta med denna lucka designade och demonstrerade forskarlag från Singapore University of Technology and Design (SUTD) och A*STAR IMRE användningen av kalkogenid nanostrukturer för att reversibelt ställa in Mie-resonanser i det synliga spektrumet. Med sin bredd som bara mäter 190 nm - 1 000 gånger mindre än ett enda hårstrå - kan kalkogenid-nanoskivan växlas mellan två optiska tillstånd med hjälp av värme för att inducera fasövergångar.
Deras arbete, "Reversible Tuning of Mie Resonances in the Visible Spectrum", publicerades i ACS Nano .
"Vi visar fasförändringsnanoskivors förmåga att störa och manipulera synligt ljus - det är det första steget mot en videohologramvisning", förklarade docent Robert Simpson, huvudutredare vid SUTD.
Tekniken är beroende av fasförändringsmaterial; material som mer vanligtvis används i datalagringsenheter. Istället för att använda material för lagring av fasförändringsdata, såsom germanium-antimon-tellur-legeringarna, undersökte forskargruppen användningen av ett jordrikt material som kallas antimontrisulfid. Teamet visade att de optiska egenskaperna hos antimontrisulfidnanopartiklar kan ändras med hög hastighet för att skapa avstämbara livfulla färger.
Men att använda ett nytt material kom med sina utmaningar. Teamet behövde utveckla en ny nanotillverkningsmetod för att skapa antimontrisulfidnanostrukturer med specifika optiska egenskaper och resonanser.
Dessutom var de tvungna att säkerställa att de optiska egenskaperna och resonanserna hos antimontrisulfidnanopartiklarna kunde ändras reversibelt. De använde femtosekundlaserpulser för att ändra det optiska tillståndet för dessa partiklar. Betydande optimering var också nödvändig för att hitta de förhållanden som skulle leda till reversibel växling utan att förånga nanopartikelstrukturerna.
Även om detta arbete banar väg mot högupplösta färgskärmar, holografiska skärmar och LiDAR-skanningssystem i miniatyr, är forskargruppen också glada över att utöka detta nya fasförändringsmaterial till andra programmerbara fotonikapplikationer och främja samarbeten för att realisera den fulla potentialen av antimontrisulfid och relaterat material.
"Vårt arbete visar tydligt att reversibel switchning är möjlig, men för praktiska enheter behöver vi också utveckla ett elegant, integrerat system för att elektriskt adressera och kontrollera nanopartiklarnas optiska tillstånd. Vi arbetar för närvarande med dessa teknologier, och vi hoppas att Detta dokument kommer att inspirera det bredare forskarsamhället att ytterligare utöka kapaciteten hos dessa viktiga kalkogenid-nanopartiklar," tillade docent Simpson. + Utforska vidare
