p (a) imagem SEM inclinada de 30º do padrão de matriz de nanofios de silício vertical. Os raios dos nanofios variam de 35 nm a 75 nm e o comprimento do nanofio é de ~ 1 µm. Letras S (esquerda), E, UMA, e S (à direita) cada um compreende nanofios com raios de 70 nm, 60 nm, 50 nm e 40 nm, respectivamente. (b) Imagem do padrão do microscópio óptico de campo claro. A mudança gradual da cor é alcançada pela mudança gradual dos raios dos nanofios. (c) Imagem ampliada da área selecionada indicada pelo quadrado branco do painel b. Cada ponto azul é um único nanofio. (d) imagem SEM com inclinação de 30º do padrão de filtro Bayer. O padrão consiste em nanofios de silício verticais com raios de 45 nm, 50 nm, e 65 nm representando vermelho, azul, e cores verdes, respectivamente. Detalhe:imagem SEM ampliada. A barra de escala é de 1 µm. (e) Imagem do padrão do microscópio óptico de campo claro. Cada nanofio mostra uma cor que pode ser controlada pela escolha adequada de seu raio. Crédito:Cortesia de Ken Crozier e Kwanyong Seo, Escola Harvard de Engenharia e Ciências Aplicadas
p (PhysOrg.com) - Os engenheiros podem em breve estar cantando, "Vou lavar esse cinza direto dos meus nanofios, "graças a uma descoberta colorida por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Harvard e da Zena Technologies. Em contraste com o tom cinza sombrio das pastilhas de silício, Kenneth B. Crozier e colegas demonstraram que o indivíduo, nanofios de silício verticais podem brilhar em todas as cores do espectro. p A tela vibrante, dependente do diâmetro dos fios individuais, é até visível a olho nu. Além de adicionar um toque de cor ao laboratório, a descoberta tem potencial para uso em dispositivos sensores de imagem em nanoescala, oferecendo maior eficiência e a capacidade de detectar cores sem o uso de filtros.
p "É surpreendente, "diz Crozier, John L. Loeb Professor Associado de Ciências Naturais na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS). "Muitas pessoas estão fazendo nanofios, e você realmente não pensa muito na cor. Nesta configuração vertical, você pode obter efeitos de cor muito fortes, e você pode ajustá-los em uma faixa de comprimentos de onda da região visível. Os fortes efeitos podem ser vistos até o nível do fio individual. "
p A descoberta, publicado em 17 de março, 2011, edição online de Nano Letters, pode ser o primeiro relatório experimental de que os nanofios de silício podem assumir uma variedade de cores, dependendo de seu diâmetro e sob iluminação de campo brilhante. Trabalhos anteriores mostraram que os nanofios podem assumir cores diferentes, mas apenas olhando para dispersos, em vez de refletido diretamente, luz.
p Para criar a matriz multicolorida de nanofios de silício verticais, os engenheiros de Harvard e Zena Technologies usaram uma combinação de litografia de feixe de elétrons e corrosão iônica reativa com plasma indutivamente acoplado.
p Uma pastilha lisa de silício foi gravada com plasma até que tudo o que restou foram os nanofios verticalmente salientes, assemelhando-se às cerdas de uma escova de dentes. Enquanto os nanofios foram criados em matrizes de milhares por conveniência, as cores que exibiam eram devido às propriedades dos fios individuais, não pela forma como a luz foi espalhada ou difratada no grupo.
p (a) Matriz quadrada vertical de nanofios de silício. A extensão geral da matriz de nanofios é de 100 µm por 100 µm. O passo do nanofio é de 1 µm. Vista superior (b) e vista inclinada de 30º (c) da matriz de nanofios. (d) Visão inclinada ampliada da matriz de nanofios. Os nanofios têm raios de 45 nm e 1 µm de comprimento. Crédito:Cortesia de Ken Crozier e Kwanyong Seo, Harvard School of Engineering and Applied Sciences.
p "Cada nanofio atua como um guia de ondas, como uma fibra ótica nanométrica, mas de absorção ótica, "explica Crozier." Em comprimentos de onda curtos, não há muito acoplamento óptico ao nanofio. Em comprimentos de onda longos, o acoplamento é melhor, mas as propriedades do guia de ondas são tais que não há muita absorção. Entre, há uma faixa de comprimentos de onda em que a luz é acoplada ao nanofio e absorvida. Este intervalo é determinado pelo diâmetro do nanofio. Fizemos nanofios com diâmetros de 90, 100, e 130 nm que parecia vermelho, azul e verde, respectivamente."
p Para demonstrar o fenômeno notável e a relativa facilidade de controlar e posicionar os nanofios coloridos, os pesquisadores criaram um tributo em escala nanométrica a Harvard, projetar um padrão semelhante ao selo Veritas da escola de engenharia e soletrar a sigla SEAS em um arco-íris de cores.
p Embora a imagem de Harvard correspondesse intimamente ao selo da escola, a cor desejada escapou aos engenheiros.
p "Na verdade, queríamos tornar o selo vermelho em vez de azul, mas descobriu-se que o diâmetro estava um pouco errado, "diz Crozier.
p Como mesmo pequenas mudanças no raio de um fio podem alterar a cor, o selo era azul, mais adequado para o famoso selo de uma certa outra instituição da Ivy League.
p Felizmente, a tecnologia tem outras aplicações promissoras. O objetivo final dos pesquisadores é usar os fios em sensores de imagem. Os fotodetectores tradicionais em dispositivos de sensor de imagem podem medir a intensidade da luz, mas não determinar sua cor sem o uso de um filtro adicional, que joga fora muito da luz, limitando a sensibilidade do dispositivo.
p Os pesquisadores esperam resolver isso fabricando nanofios verticais contendo fotodetectores acima dos fotodetectores padrão formados em uma placa de silício. O nanofio e os fotodetectores padrão poderiam, cada um, detectar uma parte diferente do espectro da luz incidente. Ao comparar os sinais de cada um, a cor pode ser determinada sem perder muito da luz.
p "Com sensores de imagem, cada pequena quantidade de eficiência conta. Além disso, até imaginamos usar os fios coloridos para codificar dados em um tipo de armazenamento de informações somente leitura, "acrescenta Crozier.
