Le particelle di plasmone possono essere utilizzate per riflettere la luce e i suoi colori possono essere modificati su richiesta. Credito:Professoressa Laura Na Liu
L'immagine è su una tela larga quanto un capello umano, i suoi colori non sbiadiscono mai, e possono essere modificati e cancellati su richiesta.
La professoressa Laura Na Liu dell'Università di Heidelberg in Germania lo ha creato con blocchi di magnesio che brillano perché gli elettroni liberi al loro interno eseguono una sorta di onda messicana nota come plasmone.
"A differenza dei diodi emettitori di luce dei nostri telefoni, i blocchi di metallo non hanno bisogno di elettricità per brillare, e a differenza dei pigmenti, non svaniscono mai, " ha detto il prof. Liu. "I plasmoni potrebbero rivoluzionare il modo in cui mostriamo il colore".
I plasmoni derivano dal flusso e riflusso naturale di elettroni liberi. Quando è illuminato, queste particelle oscillano avanti e indietro all'interno dei confini dei metalli. Se questi confini sono stretti, gli elettroni oscillano più velocemente. A frequenze abbastanza alte, possono riflettere la luce.
Per secoli, i produttori di vetro hanno sfruttato il fenomeno per conferire colori scintillanti alle finestre delle chiese aggiungendo piccole particelle di metallo alla loro ricetta.
Nell'ambito del progetto Dynamic Nano, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca dell'UE, Il prof. Liu ha messo a punto le dimensioni e la distanza tra i blocchi di magnesio per adattare il ritmo con cui i plasmoni oscillano al loro interno. Ogni configurazione riflette la luce di una frequenza diversa, aggiungendo un nuovo colore alla sua tavolozza.
"I blocchi sono così piccoli che puoi racchiudere 100.000 pixel in ogni pollice, " ha affermato il Prof. Liu. "Questa risoluzione è ordini di grandezza superiore a quella che possiamo ottenere oggi con le stampanti".
Eppure la caratteristica distintiva dell'immagine non è né la sua luminosità permanente, né la sua risoluzione, secondo il prof. Liu. Crede che ciò che lo distingue dagli altri progressi della plasmonica è che può alterare i colori dell'immagine su richiesta.
La prof.ssa Laura Na Liu sta lavorando con i plasmoni, che potrebbe rivoluzionare il modo in cui i colori vengono visualizzati sui telefoni. Credito:Prof.ssa Laura Na Liu
Trasparente
La maggior parte dei ricercatori nel campo della plasmonica ha effettuato esperimenti su metalli nobili come l'oro. Con il sostegno del Consiglio europeo della ricerca (CER) dell'UE, Il prof. Liu ha scelto di lavorare su materiali come il magnesio che possono legarsi con l'idrogeno per modificarne le proprietà fisiche.
"Quando spruzziamo idrogeno su blocchi di magnesio, li trasformiamo gradualmente in isolanti, " ha detto il Prof. Liu. "Questo cambia i colori che riflettono fino a quando non diventano finalmente trasparenti".
A gennaio di quest'anno, La prof.ssa Liu ha dimostrato il potenziale del suo materiale cangiante animando uno spettacolo pirotecnico su un'area delle dimensioni di una capocchia di spillo. Ha anche mostrato come la tecnica potrebbe essere utilizzata per crittografare i messaggi nascosti. La prima applicazione commerciale che prevede è un'etichetta di sicurezza per autenticare i farmaci nei mercati emergenti.
"I contraffattori possono cogliere i progressi nella produzione di caratteri piccoli o ologrammi, " ha detto. "Ma la creazione di strutture plasmoniche cancellabili richiede apparecchiature per il vuoto su cui i criminali comuni farebbero fatica a mettere le mani".
Se lei e i suoi collaboratori riescono a trovare un modo per incapsulare l'idrogeno durante il processo di esposizione e aumentare il numero di cicli che i blocchi di magnesio possono sopportare, si aspetta che la tecnologia possa raggiungere il mercato nei prossimi due anni.
Per condividere le colorate prospettive della plasmonica con un pubblico più ampio, Il professor Sergey Bozhevolnyi dell'Università della Danimarca meridionale, a Odensa, ha un'idea che potrebbe portare la loro produzione più vicino a casa.
Sta lavorando a metodi scalabili per realizzare piccole antenne metalliche su superfici piatte che i laser possono fondere in sfere. Ogni antenna riflette un colore diverso a seconda di quanto tempo il laser la irradia.
I ricercatori hanno creato un'animazione di fuochi d'artificio degli effetti del materiale plasmonico che cambia colore. Credito:Prof.ssa Laura Na Liu
Getto d'inchiostro
L'approccio separa il complesso compito di produrre le particelle metalliche dal compito pratico di produrre l'immagine.
"L'eliminazione delle complesse tecniche di laboratorio potrebbe portare la plasmonica a sostituire la stampa a getto d'inchiostro convenzionale, " ha detto il prof. Bozhevolnyi.
Ciò offrirebbe buone notizie per l'ambiente poiché vernici e inchiostri rilasciano sostanze chimiche pericolose negli ecosistemi naturali. Renderebbe inoltre possibile archiviare i dati pubblicati in repository più piccoli e proteggere le immagini dallo sbiancamento nel tempo.
Il prof. Bozhevolnyi vede le applicazioni della plasmonica estendersi ancora più lontano. Come parte del suo progetto ERC PLAQNAP, sta esplorando come i plasmoni potrebbero avere un impatto anche nel campo della tecnologia dell'informazione.
"Un ostacolo all'aumento della velocità di elaborazione dei computer è la velocità con cui le informazioni possono essere trasferite attraverso i cavi elettrici, " ha affermato il prof. Bozhevolnyi. "Stiamo raggiungendo il limite fisico della trasmissione dei dati all'interno dei computer".
Secondo il prof. Bozhevolnyi, la luce trasmette i segnali più velocemente, ma nessuno sa come sfruttare la luce con i chip dei computer. Secondo lui, la plasmonica potrebbe essere la soluzione.
"I plasmoni sono veloci e compatti, " ha affermato il prof. Bozhevolnyi. "Come dimostra il loro uso nella generazione del colore, queste oscillazioni possono controllare molto bene la luce. La nostra sfida ora è controllare i plasmoni".
