El píxel rojo de Schrödinger por estados cuasi-ligados en el continuo

El píxel rojo de Schrödinger por estados cuasi-ligados en el continuo


07.06.2022

(Noticias de Nanowerk) Los colores brillantes ya menudo iridiscentes que vemos en algunas especies de pájaros, escarabajos y mariposas son creados por una matriz regular de nanoestructuras que dispersan longitudes de onda de luz seleccionadas con más fuerza para producir color. Estos colores se denominan colores estructurales, que suelen ir del azul al verde e incluso al magenta. Sin embargo, los rojos vibrantes o saturados son escurridizos y particularmente ausentes de la paleta de colores de textura tanto en el ámbito natural como en el sintético.

Para lograr rojos altamente saturados, el material debe absorber luz de todas las longitudes de onda por debajo de ~600nm y reflejar las longitudes de onda más largas restantes, ambos de la forma más completa posible.

Esta brusca transición de la absorción a la reflexión fue prescrita teóricamente nada menos que por Erwin Schrödinger, famoso por la teoría cuántica. Sin embargo, la física de los resonadores nos dice que una vez que tenemos una resonancia fundamental en rojo, también aparecerán resonancias ópticas de orden superior en azul. Esta combinación de azul y rojo da el magenta que se observa en la naturaleza.

Por lo tanto, es un desafío lograr el píxel rojo de Schrödinger, que produciría el rojo más saturado del mundo. Los enfoques actuales basados ​​en nano antenas son insuficientes para cumplir simultáneamente con las condiciones anteriores.

Investigadores del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE) de la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR), la Universidad Nacional de Singapur (NUS) y la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) han colaborado para estudiar tonos de diseño rojo y realizar el límite de saturación final según lo predicho por la teoría, donde el equipo trabajó en conjunto en la metodología de conceptualización, fabricación, caracterizaciones y simulaciones.

Este estudio fue publicado en avances científicos («El píxel rojo de Schrödinger por estados casi unidos en el continuo»). El píxel rojo de Schrödinger por estados cuasi-ligados en el continuo El píxel rojo de Schrödinger por estados casi unidos en el continuo.

El diseño consta de nanoantenas de silicio dispuestas regularmente en forma de elipses. Estos producen quizás los rojos más saturados y brillantes con ~80 % de reflectividad, superando a los rojos, verdes y azules estándar (sRGB) y otros pigmentos rojos conocidos, p. B. Rojo de cadmio (ver fig. 1 y 2 para más detalles). ).

Las nanoantenas admiten dos modos de estados semiacotados en el continuo que se superponen parcialmente, en los que las dimensiones óptimas de los conjuntos de nanoantenas de silicio se derivan mediante un algoritmo de descenso de gradiente para permitir que las antenas logren bordes espectrales nítidos en longitudes de onda rojas. Al mismo tiempo, los modos de orden superior en longitudes de onda azul o verde son suprimidos por la construcción de los canales de difracción inducidos por el sustrato y la absorción de silicio amorfo.

Las posibles aplicaciones del rojo de Schrödinger incluyen el desarrollo de un método de encriptación dependiente de la polarización, con planes para escalar el píxel rojo de Schrödinger para aplicaciones como dispositivos de nanofabricación funcionales como espectrómetros ópticos y pantallas reflectantes con alta saturación de color. nanoestructuras de silicio (A) Imagen de microscopía óptica de la letra «BIC» impresa usando nanoestructuras de Si. (B)-(C) Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de la matriz de nanoantenas de Si que muestran la resonancia cuasi-BIC. (D) Espectro de reflexión óptica medido para la matriz de nanoantenas de Si con resonancia cuasi-BIC bajo polarización y. (Imagen: A*ESTRELLA)

“Con este nuevo diseño capaz de lograr los rojos más saturados y brillantes, podemos aprovechar su sensibilidad a la polarización y el ángulo de iluminación para posibles aplicaciones de encriptación de información. Este concepto propuesto y la metodología de diseño también podrían generalizarse a otros píxeles de color de Schrödinger. El rojo altamente saturado logrado podría escalarse potencialmente mediante métodos como el ultravioleta profundo y la litografía de nanoimpresión para alcanzar las dimensiones de pantallas reflectantes basadas en una configuración de película multicapa, lo que podría conducir a aplicaciones potenciales como filtros rojos compactos con pantallas de reflexión altamente saturadas. , metasuperficies no locales y espectrómetros miniaturizados», dijo el Dr. Dong Zhaogang, subjefe del departamento de nanofabricación en IMRE de A*STAR.

“La creación de niveles récord de saturación y brillo de rojo abre posibilidades para una plétora de aplicaciones relacionadas con tecnologías antifalsificación, pantallas a color de alta calidad y más que antes se creía inalcanzable con el color estructural. Muestra una maravillosa sinergia entre el avance conceptual, el poderoso algoritmo y la nanofabricación avanzada”, dijo el profesor Cheng-Wei Qiu, profesor titular de la cátedra del decano en la NUS. Perfil transversal de nanoestructuras de Si Perfil transversal de nanoestructuras de Si fabricadas para modelado teórico. (Imagen: A*ESTRELLA)

«Este trabajo en colores estructurales muestra que a veces podemos superar la evolución mediante el uso inteligente de herramientas de nanofabricación y simulaciones ópticas precisas», dijo el profesor Joel Yang, profesor titular de la cátedra y profesor asociado de desarrollo técnico de productos en SUTD.



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