Credito:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)
Un team di ricerca POSTECH ha sviluppato un silicio amorfo trasparente che trasmette la luce visibile, che ci permette di distinguere i colori degli oggetti, consentendo lo sviluppo di lenti sottilissime utilizzabili nei display montati sulla testa (HMD) che mostrano immagini di realtà virtuale e aumentata in tempo reale.
Un team di ricerca, guidato dal professor Junsuk Rho dei dipartimenti di ingegneria meccanica e ingegneria chimica di POSTECH, e dottorato di ricerca il candidato Younghwan Yang e il Dr. Gwanho Yoon del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, hanno sviluppato silicio amorfo visibilmente trasparente migliorando il metodo di deposizione chimica da vapore potenziato al plasma (PECVD), una pratica ampiamente utilizzata dai produttori di display coreani. I ricercatori sono anche riusciti a controllare efficacemente la luce nella regione visibile utilizzando il silicio di nuova concezione. Questa ricerca è stata recentemente pubblicata su Materiale avanzato, la rivista internazionale più rispettata sulla scienza dei materiali.
Poiché la luce si piega di più con un indice di rifrazione più elevato, un materiale ad alto indice di rifrazione è fondamentale nella progettazione di dispositivi per la realtà virtuale e aumentata. Però, i materiali più altamente rifrangenti tendono ad assorbire la luce e se utilizzati in un dispositivo che produce un'immagine controllando la luce, come una lente ultrasottile o un ologramma, le loro prestazioni si deteriorano. I materiali ottici presentati finora hanno alta trasmittanza con basso indice di rifrazione, o, al contrario, alto indice di rifrazione e bassa trasmittanza, limitando così la produzione di dispositivi ottici leggeri e altamente efficienti.
Dimostrazione di una piattaforma metasuperficiale in silicio a bassa perdita. a) La configurazione delle celle unitarie di pilastri rettangolari composti da silicio amorfo idrogenato (a?Si:H) su un substrato di vetro. L'efficienza di conversione può essere definita dal rapporto di intensità della luce polarizzata circolarmente destrorsa (RCP) trasmessa alla luce polarizzata circolarmente sinistrorsa (LCP) incidente. si calcola variando il periodo p, altezza h, lunghezza l, e larghezza l. b) La variazione massima secondo il TP. I rettangoli blu, cerchi verdi, e i triangoli rossi rappresentano i dati misurati alle lunghezze d'onda di 450, 532, e 635 nm, rispettivamente. c) Il calcolato delle strutture geometriche ottimizzate con a?Si:H depositato a TP =200 °C, PC =25 mTorr, WRF =800 W, e =7.5. Il blu, verde, e i cerchi rossi si riferiscono al ottimizzato alle lunghezze d'onda di 450, 532, e 635 nm, rispettivamente. d) Il rapporto tra il valore del coefficiente di estinzione (k) e il massimo . I rettangoli neri sono il massimo calcolato a k misurato alle lunghezze d'onda di 450, 532, e 635 nm con varie condizioni di deposizione. La linea continua mostra una curva di adattamento con (k2 + Ak + B)-1, dove A =7,04, e B = ?8,49 con la bontà di adattamento di R2 =0,92. e) Schema della metasuperficie geometrica. Sotto la normale incidenza di LCP, la direzione di propagazione della luce RCP trasmessa devia di un angolo di deflessione dalla direzione normale. f) Immagini SEM delle metasuperfici fabbricate ottimizzate per:i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, e iii) λ =635 nm. g) Le immagini SEM oblique mostrano i difetti all'interno delle fasi di fabbricazione per le metasuperfici ottimizzate per i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, e iii) λ =635 nm. h) Immagini catturate della luce trasmessa sullo schermo con diversa lunghezza d'onda incidente . I punti luminosi al centro e sul lato destro sono il raggio di ordine zero e il raggio polarizzato incrociato trasmesso, rispettivamente. Le macchie scure sul lato sinistro sono dovute all'imperfetto stato di polarizzazione circolare. i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, e iii) λ =635 nm. Credito:Junsuk Rho (POSTECH), Wiley
A questa, il gruppo di ricerca ha utilizzato il metodo PECVD, una tecnica comune per sviluppare il silicio amorfo. Durante il deposito del silicio con il metodo PECVD, il team ha esplorato ogni parametro del processo, come la temperatura, pressione, potenza del plasma, e rapporto idrogeno, e scoperto l'effetto di ciascuna variabile sui legami intermolecolari.
Inoltre, il team ha scoperto un metodo per aumentare la regolarità tra gli atomi di silicio inserendo atomi di idrogeno tra i legami atomici di silicio tesi, e attraverso questo, è stata identificata la struttura atomica del silicio amorfo che possiede un alto indice di rifrazione e una significativa trasmittanza. Inoltre, i ricercatori sono riusciti a guidare il rosso, verde, e luci blu nella direzione desiderata, che prima non poteva essere controllato con il silicio convenzionale.
Il silicio amorfo trasparente ha il vantaggio di produrre dispositivi olografici o lenti ultrasottili che sono un millesimo dello spessore delle lenti convenzionali ad una frazione del costo. L'applicabilità del silicio è stata ampliata anche in quanto il silicio amorfo, che è stato utilizzato solo nelle termocamere a infrarossi, ora può essere utilizzato come dispositivo ottico nella regione della luce visibile.
"La scoperta di un elemento ottico in grado di controllare tutta la luce visibile ha rivelato indizi sulla relazione tra la struttura del legame atomico e la regione della luce visibile, che fino ad ora non interessava, " ha spiegato il professor Junsuk Rho, l'autore corrispondente che ha condotto lo studio. "Poiché siamo in grado di produrre dispositivi ottici in grado di controllare tutti i colori a basso costo, ora siamo un passo più vicini alla commercializzazione di tecnologie di realtà virtuale e aumentata e ologrammi viste solo nei film".
