Fig. 1. Immagine al microscopio ottico in campo chiaro degli array di nanostrutture di silicio. Le nanostrutture di silicio di diverse dimensioni mostrano colori di riflessione distinti. (la barra della scala è 20 μm). Credito:Takahara et al. Nano lettere . 17, 7500-7506. DOI:10.1021/acs.nano-lett.7b03421
Fino ad ora, i metamateriali utilizzati per creare colori sintonizzabili dalla geometria strutturale sono basati sui metalli. Sebbene efficace nel raggiungere risoluzioni elevate, i materiali metallici soffrono di perdite di energia intrinseche alle lunghezze d'onda visibili, il che rende difficile l'ottimizzazione della purezza del colore. A confronto, la risonanza dei materiali in silicio consente un'elevata riflettanza e purezza.
Un trio di ricercatori dell'Università di Osaka ha recentemente dimostrato un controllo preciso del colore utilizzando silicio monocristallino. I loro risultati colorati sono stati pubblicati in Nano lettere .
"L'utilizzo del silicio ci permette di ottenere sia alta risoluzione che alta saturazione, ", afferma l'autore corrispondente dello studio Junichi Takahara. "Materiali completamente dielettrici in grado di produrre pixel di colore individuali ad alta risoluzione, senza miscelazione dei colori, offrono vantaggi distinti rispetto ai materiali metallici."
Gli array di metamateriali presentano modelli su scala nanometrica che funzionano come antenne, che convertono la radiazione ottica in energia localizzata. La litografia a fascio di elettroni è stata utilizzata per creare maschere, che sono stati utilizzati per proteggere la superficie del silicio dalla successiva incisione al plasma. Il team è stato in grado di generare colori vividi controllati completamente dalla geometria delle antenne, dimostrando anche la generazione di luce bianca, che è importante per la stampa a colori. Inoltre, le informazioni a due colori erano inerenti a ciascun pixel e potevano essere rivelate modificando la polarizzazione della luce incidente.
Fig.2. Dimostrazione di un pixel di lunghezza d'onda inferiore. (a) Scansione di ioni e (b) immagini al microscopio ottico di uno schema a scacchi costituito da nanoblocchi alternati di due diverse dimensioni. (c) Scansione ionica e (d) immagini al microscopio ottico delle lettere "RGB" mediante nanostrutture di Si che generano il colore corrispondente. (la barra della scala è 2 μm). (. Credito:Takahara et al.
La risoluzione della lunghezza d'onda inferiore è stata dimostrata generando un motivo a scacchiera giallo e blu chiaramente distinguibile all'interno di aree unitarie di appena 300 × 300 nanometri. Per quanto riguarda le eventuali candidature, questo si traduce in una stampa a ~85, 000 dpi.
Il team si è anche divertito a dimostrare il proprio controllo con una tipografia adatta al colore su scala nanometrica, scrivendo "RGB" nei nanoblocchi di larghezza necessari per generare un effetto suggestivo.
"Il nostro lavoro rivela l'alto grado di precisione possibile attraverso l'incisione del silicio monocristallino, " L'autore principale Yusuke Nagasaki afferma. "L'accordo tra i valori di riflettanza calcolati e sperimentali per il nostro sistema supporta anche la nostra fiducia nella natura robusta della tecnica che abbiamo creato".
Le proprietà del doppio colore dei pixel offrono la possibilità di creare immagini sovrapposte, oltre a massimizzare le informazioni codificate in una particolare area dell'array. Il lavoro mostra il potenziale per l'uso nella tecnologia anticontraffazione e nella tecnologia di visualizzazione avanzata come i display tridimensionali.
