Três estratégias para produção de cores de pixels contendo quatro nanodiscos de alumínio. Linha 1:variando o diâmetro do nanodisco (d) dá 15 cores. Linha 2:a variação do espaçamento (s) e do diâmetro (d) dos nanodiscos fornece mais de 300 cores. Linha 3:a variação dos diâmetros (d1 e d2) dos dois pares de nanodiscos diametralmente opostos dá mais de 100 cores. Crédito:American Chemical Society
Um esquema para aumentar muito o número de cores que podem ser produzidas por matrizes de minúsculos nanodiscos de alumínio foi demonstrado por cientistas do A * STAR.
Os pigmentos convencionais produzem cores ao absorver seletivamente a luz de diferentes comprimentos de onda, por exemplo, a tinta vermelha parece vermelha porque é fortemente absorvida nas regiões espectrais azuis e verdes. Um efeito semelhante pode ser realizado em uma escala muito menor usando matrizes de nanoestruturas metálicas, uma vez que a luz de certos comprimentos de onda excita oscilações coletivas de elétrons livres, conhecidas como ressonâncias de plasmon, em tais estruturas.
Uma vantagem de usar nanoestruturas de metal em vez de tintas é que é possível aumentar a resolução das imagens coloridas em cem vezes. Esta resolução aprimorada, no limite de difração de luz, é fundamental para o armazenamento de dados, imagens digitais e aplicativos de segurança. O alumínio - devido ao seu baixo custo e boa estabilidade - é um material particularmente atraente para uso.
Joel Yang e Shawn Tan do Instituto A * STAR de Pesquisa de Materiais e Engenharia e colegas de trabalho usaram um feixe de elétrons para formar matrizes de pilares de aproximadamente 100 nanômetros de altura. Eles então depositaram uma fina camada de alumínio no topo dos pilares e nas lacunas entre eles. Nessas matrizes, cada pixel era um quadrado de 800 nanômetros contendo quatro nanodiscos de alumínio.
O comprimento de onda de ressonância do plasmon varia sensivelmente com as dimensões das nanoestruturas. Consequentemente, variando o diâmetro dos quatro nanodiscos de alumínio em um pixel (todos os quatro nanodiscos com o mesmo diâmetro), os cientistas foram capazes de produzir cerca de 15 cores distintas - um bom começo, mas dificilmente o suficiente para reproduzir fielmente imagens coloridas.
Ao permitir que dois pares de nanodiscos diametralmente opostos tenham diâmetros diferentes um do outro, então, a variação dos dois diâmetros permitiu-lhes aumentar esse número para mais de 100. Finalmente, eles geraram mais de 300 cores variando o diâmetro do nanodisco (mas mantendo todos os quatro diâmetros dentro de um pixel iguais) e o espaçamento entre os nanodiscos adjacentes em um pixel (veja a imagem). "Este método é análogo ao meio-tom usado na impressão à base de tinta e resulta em uma ampla gama de cores, "comenta Yang.
Os pesquisadores demonstraram a eficácia de sua paleta estendida usando uma pintura de Monet. Eles reproduziram a imagem usando uma paleta limitada e estendida, com uma reprodução de cores muito melhor da paleta estendida. Surpreendentemente, eles reduziram a imagem de 80 centímetros para meros 300 micrômetros - um 2, Redução de 600 vezes no tamanho.
"O uso de um metal com melhor custo-benefício tem o potencial de levar essa tecnologia para mais perto da adoção, "Notas Tan.