Illustrazione della metasuperficie programmabile del trisolfuro di antimonio e del suo spettro di riflessione in più stati. Credito:SUTD
Uno dei componenti chiave dietro i display video ad alta risoluzione di prossima generazione saranno le nanoantenne ottiche. Questi dispositivi utilizzano la nanotecnologia per mescolare e interferire con i raggi di luce per produrre colori e persino ologrammi.
Sebbene le nanoantenne ottiche che utilizzano silicio o materiali simili abbiano prodotto immagini a colori, le immagini sono fisse e non possono essere sintonizzate avanti e indietro. Tuttavia, sono necessari nuovi materiali con proprietà sintonizzabili per sfruttare le nanoantenne ottiche nei video ad alta risoluzione.
Per colmare questa lacuna, i team di ricerca della Singapore University of Technology and Design (SUTD) e A*STAR IMRE hanno progettato e dimostrato l'uso di nanostrutture di calcogenuri per sintonizzare in modo reversibile le risonanze di Mie nello spettro visibile. Con la sua larghezza che misura appena 190 nm, 1000 volte più piccola di una singola ciocca di capelli umani, il nanodisco di calcogenuro può essere commutato tra due stati ottici usando il calore per indurre transizioni di fase.
Il loro lavoro, "Reversible Tuning of Mie Resonances in the Visible Spectrum", è stato pubblicato su ACS Nano .
"Dimostriamo la capacità dei nanodischi a cambiamento di fase di interferire e manipolare la luce visibile, questo è il primo passo verso la visualizzazione di un ologramma video", ha spiegato il professor Robert Simpson, ricercatore principale di SUTD.
La tecnologia si basa su materiali a cambiamento di fase; materiali che sono più tipicamente utilizzati nei dispositivi di archiviazione dati. Invece di utilizzare materiali per l'archiviazione dei dati a cambiamento di fase, come le leghe germanio-antimonio-tellurio, il team di ricerca ha esplorato l'uso di un materiale abbondante sulla Terra chiamato trisolfuro di antimonio. Il team ha dimostrato che le proprietà ottiche delle nanoparticelle di trisolfuro di antimonio possono essere modificate ad alta velocità per creare colori vividi e sintonizzabili.
Tuttavia, l'utilizzo di un nuovo materiale ha comportato una serie di sfide. Il team doveva sviluppare un nuovo metodo di nanofabbricazione per creare nanostrutture di trisolfuro di antimonio con proprietà ottiche e risonanze specifiche.
Inoltre, hanno dovuto garantire che le proprietà ottiche e le risonanze delle nanoparticelle di trisolfuro di antimonio potessero essere commutate in modo reversibile. Hanno usato impulsi laser a femtosecondi per cambiare lo stato ottico di queste particelle. È stata inoltre necessaria un'ottimizzazione sostanziale per trovare le condizioni che avrebbero portato a una commutazione reversibile senza vaporizzare le strutture delle nanoparticelle.
Mentre questo lavoro apre la strada a display a colori ad alta risoluzione, display olografici e sistemi di scansione LiDAR in miniatura, il team di ricerca è anche entusiasta di estendere questo nuovo materiale a cambiamento di fase ad altre applicazioni fotoniche programmabili e promuovere le collaborazioni per realizzare il pieno potenziale del trisolfuro di antimonio e materiali correlati.
"Il nostro lavoro dimostra chiaramente che la commutazione reversibile è possibile, ma per i dispositivi pratici, dobbiamo anche sviluppare un sistema integrato elegante per indirizzare e controllare elettricamente lo stato ottico delle nanoparticelle. Attualmente stiamo lavorando su queste tecnologie e speriamo che questo documento ispirerà la più ampia comunità di ricerca ad estendere ulteriormente le capacità di queste importanti nanoparticelle di calcogenuri", ha aggiunto il professor Simpson. + Esplora ulteriormente
