下一代高分辨率视频显示器背后的关键部件之一将是光学纳米天线,这些设备利用纳米技术混合和干扰光束来产生彩色甚至全息图。
虽然使用硅或类似材料的光学纳米天线产生了彩色图像,但图像是固定的,不能来回调整。因此,在高分辨率的视频中利用光学纳米天线需要具有可调谐特性的新材料。
为了解决这一差距,来自新加坡科技与设计大学(SUTD)和A*STAR IMRE的研究团队设计并演示了硫族纳米结构的使用,以可逆调整可见光谱中的Mie共振。硫族化合物纳米盘的宽度仅为190纳米,比人类的一根头发丝还要小1000倍,它可以通过加热来诱导相变,在两种光学状态之间转换。
他们的工作“可见光谱中Mie共振的可逆调谐”发表在ACS Nano上。
“我们展示了相变纳米片干涉和操纵可见光的能力,这是向视频全息图显示迈出的第一步。”副教授Robert Simpson解释说,他是SUTD的首席研究员。
这项技术依赖于相变材料;通常用于数据存储设备的材料。该研究小组没有使用锗锑碲合金等相变数据存储材料,而是探索了一种地球上储量丰富的材料三硫化锑的使用方法。该团队表明,三硫化锑纳米粒子的光学特性可以在高速下切换,以创造可调的鲜艳颜色。
然而,使用一种新材料也带来了一系列挑战。该团队需要开发一种新的纳米制造方法,以创造具有特定光学性质和共振的三硫化锑纳米结构。
此外,他们还必须确保三硫化锑纳米粒子的光学性质和共振可以可逆切换。他们使用飞秒激光脉冲来切换这些粒子的光学状态。在不蒸发纳米颗粒结构的情况下进行可逆切换的条件也需要大量的优化。
虽然这项工作为高分辨率彩色显示器、全息显示器和微型激光雷达扫描系统铺平了道路,研究团队也很高兴将这种新的相变材料扩展到其他可编程光子学应用,并促进合作,实现三硫化锑和相关材料的全部潜力。
“我们的工作清楚地表明,可逆切换是可能的,但对于实际设备,我们还需要开发一个优雅的、集成的系统,以电寻址和控制纳米粒子的光学状态。我们目前正在研究这些技术,我们希望这篇论文将激励更广泛的研究社区,进一步扩展这些重要的硫族纳米颗粒的能力。”辛普森副教授补充说。
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