I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato un film dielettrico che ha proprietà ottiche ed elettriche simili all'aria, ma è abbastanza forte da essere incorporato in dispositivi elettronici e fotonici, rendendoli più efficienti e meccanicamente più stabili.

In questione c'è qualcosa chiamato indice di rifrazione, che misura quanta luce si piega quando si muove attraverso una sostanza. Aria, Per esempio, ha un indice di rifrazione di 1, mentre l'acqua ha un indice di rifrazione di 1,33, motivo per cui una cannuccia sembra piegarsi quando la metti in un bicchiere d'acqua.

I dispositivi fotonici richiedono un elevato contrasto tra i materiali che li compongono, con alcuni componenti ad alto indice di rifrazione ed altri a basso. Maggiore è il contrasto tra questi materiali, più efficiente è il dispositivo fotonico e migliori sono le sue prestazioni. L'aria ha il più basso indice di rifrazione, ma non è meccanicamente stabile. E l'indice di rifrazione più basso trovato nel solido, materiali naturali è 1,39.

Ma ora i ricercatori hanno sviluppato un film fatto di ossido di alluminio che ha un indice di rifrazione fino a 1,025 ma è meccanicamente rigido.

"Maneggiando la struttura dell'ossido di alluminio, che è dielettrico, abbiamo migliorato sia le sue proprietà ottiche che meccaniche, "dice Chih-Hao Chang, autore corrispondente di un articolo sul lavoro e assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. I dielettrici sono materiali isolanti utilizzati in una vasta gamma di prodotti di consumo. Per esempio, ogni dispositivo portatile ha centinaia di condensatori, che sono componenti dielettrici in grado di immagazzinare e gestire la carica elettrica.

"La chiave della performance del film è la spaziatura ordinata dei pori, che gli conferisce una struttura meccanicamente più robusta senza alterare l'indice di rifrazione, "dice Xu Zhang, autore principale dell'articolo e un dottorato di ricerca. studente presso NC State.

I ricercatori realizzano il film utilizzando prima una nanolitografia sviluppata nel laboratorio di Chang per creare pori altamente ordinati in un substrato polimerico. Quel polimero poroso funge quindi da modello, che i ricercatori ricoprono con un sottile strato di ossido di alluminio utilizzando la deposizione di strati atomici. Il polimero viene quindi bruciato, lasciando dietro di sé un rivestimento tridimensionale di ossido di alluminio.

"Siamo in grado di controllare lo spessore dell'ossido di alluminio, creando un rivestimento tra due nanometri e 20 nanometri di spessore, " Zhang dice. "Utilizzando l'ossido di zinco nello stesso processo, possiamo creare un rivestimento più spesso. E lo spessore del rivestimento controlla e ci consente di progettare l'indice di rifrazione del film." Indipendentemente dallo spessore del rivestimento, il film stesso ha uno spessore di circa un micrometro.

"Le fasi del processo sono potenzialmente scalabili, e sono compatibili con i processi di produzione di chip esistenti, " Chang dice. "I nostri prossimi passi includono l'integrazione di questi materiali in dispositivi ottici ed elettronici funzionali".