A tecnologia para controlar a absorção de luz em comprimentos de onda selecionados em nanoestruturas atraiu muita atenção nos últimos anos; Contudo, ajustar dinamicamente os comprimentos de onda de absorção sem também alterar a geometria de sua estrutura tem sido um tanto difícil de entender. Um artigo publicado recentemente em Relatórios Científicos pelo Dr. Don Gregory, distinto professor do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH), e seu Ph.D. aluna, Seyed Sadreddin Mirshafieyan, propõe uma solução para fazer exatamente isso.

Seu papel, "Absorventes de luz perfeitos eletricamente ajustáveis ​​como filtros de cor e moduladores, "teoriza como a voltagem, quando aplicado a uma estrutura de nanocavidade feita de um material épsilon próximo a zero (ENZ), como antimonídeo de índio (InSb), permite a manipulação em tempo real de comprimentos de onda de absorção e cores de dispositivos, o que pode levar a avanços significativos em displays, trocando, sensores, e análise espectral.

A tecnologia de ponta em filtros de cor usa o que é conhecido como nanocavidade Fabry-Perot composta de semicondutores finos e filmes de metal para absorver a luz em comprimentos de onda selecionados. O Dr. Gregory descreve esta nanocavidade como análoga a ter dois espelhos, um altamente reflexivo e o outro parcialmente transmitido, com a luz entrando no espelho parcialmente transmissor e refletindo perfeitamente no espelho. "Se o espaçamento do espelho estiver certo, você obtém interferência construtiva entre a luz viajando nas duas direções diferentes, "ele diz." Isso significa que você pode escolher o comprimento de onda que é refletido daquela superfície. "Em outras palavras, o comprimento de onda de absorção - ou a cor que é refletida de volta para o olho - é controlado pela espessura da nanocavidade.

Até agora, essa espessura foi determinada por camadas fixas ajustadas para uma cor particular ou outra. "Isso significa que para uma determinada camada de espessura e um determinado número de camadas, você obtém uma cor específica refletida dessa combinação, "Dr. Gregory explica." Você tem que mudar a espessura das camadas para obter uma cor diferente, mas a ideia neste artigo é que podemos construir esses diferentes materiais e controlar eletricamente a luz que é refletida de volta. Então, podemos ajustá-lo para luz verde, luz azul, luz vermelha, alterando a voltagem através das camadas. "

Sob a supervisão do Dr. Gregory, Mirshafieyan modelou uma estrutura capaz de ser eletricamente ajustada para diferentes comprimentos de onda de absorção e um primeiro esboço de seu doutorado. dissertação foi concluída.

A estrutura compreende um ultrafino, material ENZ com nanômetros de espessura chamado InSb e uma camada de dióxido de titânio (TiO2) imprensada entre dois espelhos de prata. A espessura total do dispositivo, incluindo os espelhos, InSb, e TiO2 é menor que 200 nm, que é 500 vezes mais fino que o cabelo humano. InSb é um semicondutor III-V cuja densidade de portadora (quando dopada) é ideal para modulação de portadora induzida eletricamente, fazendo com que ele se comporte mais como um metal sob a voltagem correta aplicada. Ciente de várias tentativas anteriores, mas muitas vezes incompletas, de alcançar absorvedores de luz perfeitos eletricamente sintonizáveis, Mirshafieyan observa, que "os pesquisadores já mostraram que se você alterar a espessura da cavidade, você pode mudar a cor, mas isso é difícil em aplicativos de exibição em tempo real porque a espessura de cada pixel é fixa. Queremos mudar a cor de cada pixel dinamicamente, sem alterar fisicamente a espessura desse pixel. "

Com esses materiais, o índice de refração muda com o doping que é usado dentro do material, que o Dr. Gregory explica é quantos elétrons ou lacunas você adicionou ao material semicondutor básico. "Então, você pode mudar sua condutividade, sua resistividade na fabricação do material ou você pode fazê-lo com a voltagem aplicada, ", diz ele." Você não precisa alterar fisicamente a separação entre os espelhos. "Isso pode ser mais difícil do que parece, dependendo das circunstâncias." É muito fácil fazer isso no laboratório com dois espelhos. Podemos alterar o espaçamento entre os espelhos e podemos obter luzes de cores diferentes refletidas, "ele diz." Mas ter dois espelhos que são fixos e então mudar o índice de refração do material interno, eletricamente, em tempo real, isso é difícil."

Este doping também significa que não há necessidade de nanopadronização ou a criação de materiais exóticos adicionais, e é essa distinção que separa a estrutura de Mirshafieyan das iterações anteriores que exigiam mudanças na geometria estrutural - uma distinção que também tem implicações para a indústria de telecomunicações.

Ser capaz de alterar o índice de refração facilmente com uma baixa tensão aplicada também ajuda a explicar por que o uso de InSb em vez de dizer, silício, pode ser uma opção de material melhor na indústria de telecomunicações ou comutação. Aplicar tensão a switches com uma camada ativa de InSb aumenta a densidade da portadora, e consequentemente, a permissividade, o que leva a uma mudança maior no índice de refração. "É a diferença entre desligado e ligado que realmente importa, "diz o Dr. Gregory." Temos uma diferença muito maior entre ligar e desligar, o que significa que podemos rodar com uma taxa de erro muito menor. E a taxa de erro é tudo nas telecomunicações. "O resultado, Portanto, é a comutação de velocidade muito alta.

Silício, por outro lado, não produz muita mudança no índice com uma tensão aplicada. Mesmo com a adição de outros materiais projetados para melhorar a comutação, o silício atualmente não pode corresponder à fidelidade do InSb.

O Dr. Gregory também antecipa que esta tecnologia pode substituir o silício na troca completa. E embora o uso de InSb não seja necessariamente mais barato, pode ser mais econômico a longo prazo por causa das taxas de erro de bit aprimoradas, pelo qual as pessoas estariam dispostas a pagar.

Quanto aos aplicativos de exibição, essa tecnologia pode gerar telas ainda mais finas e rápidas do que as que existem atualmente no mercado, sem os mesmos problemas de controle de qualidade.

A tecnologia atual de LCD e LED consiste em vários componentes diferentes, além do próprio cristal líquido. "E cada pilha tem uma espessura, "diz Mirshafieyan." Mas com a tecnologia InSb, você pode combinar tudo. Ele próprio é um filtro de cor. "Como resultado, muito mais fino, mais rápido, exibição de resolução mais alta é possível.

"Se você já tentou assistir a um jogo de hóquei em uma TV de cristal líquido, você não pode seguir o disco no gelo de forma alguma, e isso é porque a TV não funciona em taxas altas o suficiente, "diz o Dr. Gregory. Isso ocorre por causa das distorções de imagem criadas pela variação nas camadas de muitos monitores de cristal líquido e da velocidade de reação básica.

Contudo, esses problemas de controle de qualidade poderiam ser eliminados com a tecnologia que o Dr. Gregory e Mirshafieyan estão propondo, pois permitiria a redução do tamanho do pixel. "Podemos criar pixels muito pequenos com essa tecnologia porque ela não tem nenhuma nanopadrão que limite o processo de fabricação, "Mirshafieyan diz." Nós podemos fazer pixels ultrapequenos com cores distintas e isso irá melhorar a qualidade da tela muito além do que está disponível agora. "