Onderzoekers hebben hun zinnen gezet op chalcogenide nanogestructureerde displays

Een van de belangrijkste componenten achter de volgende generatie videoschermen met hoge resolutie zijn optische nanoantennes. Deze apparaten gebruiken nanotechnologie om lichtstralen te mengen en te verstoren om kleuren en zelfs hologrammen te produceren.

Hoewel optische nanoantennes die silicium of soortgelijke materialen gebruiken kleurenbeelden hebben geproduceerd, zijn de beelden vast en kunnen ze niet heen en weer worden afgestemd. Er zijn echter nieuwe materialen met afstembare eigenschappen nodig om optische nanoantennes in video’s met hoge resolutie te benutten.

Om deze kloof te dichten, hebben onderzoeksteams van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) en A*STAR IMRE het gebruik van chalcogenide-nanostructuren ontworpen en gedemonstreerd om Mie-resonanties in het zichtbare spectrum omkeerbaar af te stemmen. Met zijn breedte van slechts 190 nm – 1000 keer kleiner dan een enkele streng van mensenhaar – kan de chalcogenide-nanoschijf worden geschakeld tussen twee optische toestanden met behulp van warmte om faseovergangen te induceren.

Hun werk, “Reversible Tuning of Mie Resonances in the Visible Spectrum”, werd gepubliceerd in ACS Nano.

“We demonstreren het vermogen van nanodiscs met faseverandering om zichtbaar licht te verstoren en te manipuleren – dat is de eerste stap naar een video-hologramweergave”, legt universitair hoofddocent Robert Simpson, de hoofdonderzoeker bij SUTD, uit.

De technologie is gebaseerd op faseovergangsmaterialen; materialen die vaker worden gebruikt in apparaten voor gegevensopslag. In plaats van materialen voor gegevensopslag met faseverandering te gebruiken, zoals de germanium-antimoon-telluriumlegeringen, onderzocht het onderzoeksteam het gebruik van een aardrijk materiaal dat antimoontrisulfide wordt genoemd. Het team toonde aan dat de optische eigenschappen van antimoontrisulfide-nanodeeltjes met hoge snelheid kunnen worden omgeschakeld om afstembare levendige kleuren te creëren.

Het gebruik van nieuw materiaal bracht echter een reeks uitdagingen met zich mee. Het team moest een nieuwe nanofabricagemethode ontwikkelen om antimoontrisulfide-nanostructuren te maken met specifieke optische eigenschappen en resonanties.

Bovendien moesten ze ervoor zorgen dat de optische eigenschappen en resonanties van de antimoontrisulfide-nanodeeltjes omkeerbaar konden worden omgeschakeld. Ze gebruikten femtoseconde laserpulsen om de optische toestand van deze deeltjes te veranderen. Aanzienlijke optimalisatie was ook nodig om de omstandigheden te vinden die zouden leiden tot omkeerbaar schakelen zonder de nanodeeltjesstructuren te verdampen.

Hoewel dit werk de weg vrijmaakt voor kleurendisplays met hoge resolutie, holografische displays en miniatuur LiDAR-scansystemen, is het onderzoeksteam ook verheugd om dit nieuwe faseovergangsmateriaal uit te breiden naar andere programmeerbare fotonica-toepassingen en samenwerkingen te bevorderen om het volledige potentieel van antimoontrisulfide en aanverwante materialen.

“Ons werk toont duidelijk aan dat omkeerbaar schakelen mogelijk is, maar voor praktische apparaten moeten we ook een elegant, geïntegreerd systeem ontwikkelen om de optische toestand van de nanodeeltjes elektrisch aan te pakken en te regelen. We werken momenteel aan deze technologieën en we hopen dat dit artikel zal de bredere onderzoeksgemeenschap inspireren om de mogelijkheden van deze belangrijke chalcogenide-nanodeeltjes verder uit te breiden, “voegde universitair hoofddocent Simpson eraan toe.