I ricercatori sono alla ricerca di un rapido, interruttori affidabili e convenienti per l'optoelettronica del futuro. Un team dell'Empa presenta ora una potenziale soluzione:gocce di colorante che misurano solo pochi sub-micrometri di diametro.

Gli scienziati del Laboratorio per polimeri funzionali dell'Empa sono alla ricerca di liquidi che si diffondano il più uniformemente possibile su una superficie per la produzione di OLED. Però, lo stesso laboratorio sta lavorando anche all'esatto contrario:un liquido che dovrebbe rompersi in quante più goccioline possibile quando applicato su una superficie. Ognuna di queste goccioline forma una microlente quando si asciuga. Un intero campo di queste microlenti può influenzare i fasci di luce in modo specifico, il che li rende estremamente interessanti per l'elaborazione del segnale ottico in computer e reti in fibra ottica.

Economico da produrre

"Sfruttiamo il fatto che le goccioline si organizzano da sole, "dice Jakob Heier, che sta studiando le proprietà ottiche di queste microlenti. "Questo ha un grande vantaggio economico:non abbiamo bisogno di macchine per realizzare le microlenti; un ugello spray fa il trucco." Nel laboratorio, però, il colorante non è ancora stato spruzzato; Heier e i suoi colleghi producono le microlenti utilizzando lo spin-coating. Il colorante viene posto al centro di una piattaforma girevole e si diffonde su tutta l'area grazie alla forza centrifuga.

Chiunque voglia capire esattamente come si comportano questi campi di microlenti alla luce deve approfondire la matematica. Heier parla delle trasformate di Fourier e delle relazioni di Kramers-Kronig, che aiutano a descrivere le proprietà di migliaia di goccioline in un'unica formula matematica. "La matematica dietro tutto questo potrebbe avere 100 anni, ma le intuizioni che otteniamo sono aggiornate al minuto."

Componenti in colorante cianinato

Heier ei suoi colleghi sono riusciti a dimostrare che un'intera serie di elementi di commutazione ottica può essere costruita da goccioline di colorante cianina. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Materiali ottici avanzati nel febbraio 2017. Gli elementi dell'interruttore possono bloccare o lasciar passare determinate lunghezze d'onda. Heier utilizza la variazione dell'indice di rifrazione del colorante. Ciò che rende tutto così eccitante:selezionando diversi coloranti e variando la dimensione delle goccioline, le proprietà dell'interruttore possono essere adattate all'applicazione desiderata.

Ad esempio, reticoli di fase possono essere costruiti da queste microlenti, uno strumento popolare in optoelettronica. Questo è in grado di dividere i fasci di luce in singole frequenze, senza compromettere l'intensità della luce. Quindi, le perdite di segnale rimangono basse, è necessaria meno energia luminosa e i componenti non si riscaldano così tanto. "Con le nostre osservazioni e calcoli, abbiamo fisicamente aperto la strada a questi interruttori, " dice Heier. "Ora sono entusiasta di vedere chi utilizza questo know-how per le prime vere applicazioni".