science >> Wetenschap >  >> Chemie

Beweeg over een zware bril, hier komen de lenzen met ultrahoge brekingsindex

Krediet:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)

Een POSTECH-onderzoeksteam heeft een transparant amorf silicium ontwikkeld dat zichtbaar licht doorlaat - waardoor we de kleuren van objecten kunnen onderscheiden - waardoor de ontwikkeling mogelijk is van flinterdunne lenzen die bruikbaar zijn in head-mounted displays (HMD) die virtual en augmented reality-beelden in echte tijd.

Een onderzoeksteam, geleid door professor Junsuk Rho van de afdelingen werktuigbouwkunde en chemische technologie van POSTECH, en Ph.D. kandidaat Younghwan Yang en Dr. Gwanho Yoon van de afdeling Werktuigbouwkunde - hebben zichtbaar transparant amorf silicium ontwikkeld door de plasma-enhanced chemische dampafzetting (PECVD) -methode te verbeteren, een praktijk die veel wordt gebruikt door Koreaanse displayfabrikanten. De onderzoekers slaagden er ook in om het licht in het zichtbare gebied effectief te beheersen met behulp van het nieuw ontwikkelde silicium. Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materialen, het meest gerespecteerde internationale tijdschrift over materiaalkunde.

Omdat licht meer buigt met een hogere brekingsindex, een materiaal met een hoge brekingsindex is essentieel bij het ontwerpen van apparaten voor virtual en augmented reality. Echter, de meest sterk brekende materialen hebben de neiging om licht te absorberen en wanneer ze worden gebruikt in een apparaat dat een beeld produceert door het licht te beheersen, zoals een ultradunne lens of een hologram, verslechteren hun prestaties. De tot nu toe gepresenteerde optische materialen hebben een hoge doorlaatbaarheid met een lage brekingsindex, of, omgekeerd, hoge brekingsindex en lage doorlaatbaarheid, waardoor de productie van lichtgewicht en zeer efficiënte optische apparaten wordt beperkt.

Demonstratie van een silicium metasurface-platform met laag verlies. a) De eenheidscelconfiguratie van rechthoekige pilaren samengesteld uit gehydrogeneerd amorf silicium (a?Si:H) op een glassubstraat. De conversie-efficiëntie kan worden gedefinieerd door de intensiteitsverhouding van doorgelaten rechtshandig circulair gepolariseerd licht (RCP) tot het invallende linkshandig circulair gepolariseerd licht (LCP). η wordt berekend door de periode p te variëren, hoogte h, lengte l, en breedte m. b) De maximale η variatie volgens de TP. De blauwe rechthoeken, groene cirkels, en rode driehoeken vertegenwoordigen gemeten gegevens bij de golflengten van 450, 532, en 635 nm, respectievelijk. c) De berekende η van de geoptimaliseerde geometrische structuren met a?Si:H afgezet bij TP =200 °C, PC =25 mTorr, WRF =800 W, en γ  =7,5. Het blauw, groente, en rode cirkels hebben betrekking op de geoptimaliseerde η bij de golflengten van 450, 532, en 635 nm, respectievelijk. d) Het verband tussen de waarde van de extinctiecoëfficiënt (k) en maximum η. De zwarte rechthoeken zijn het berekende maximum η bij gemeten k bij de golflengten van 450, 532, en 635 nm met verschillende depositiecondities. De ononderbroken lijn toont een passende curve met (k2 + Ak + B)-1, waarbij A =7,04, en B = ?8.49 met de goodness of fit van R2 =0.92. e) Schema van het geometrische meta-oppervlak. Bij een normale LCP-incidentie, de voortplantingsrichting van het doorgelaten RCP-licht wijkt met een afbuighoek af van de normale richting. f) SEM-afbeeldingen van de gefabriceerde meta-oppervlakken geoptimaliseerd voor:i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, en iii) λ =635 nm. g) Schuine SEM-afbeeldingen tonen de defecten in de fabricagestappen voor meta-oppervlakken die zijn geoptimaliseerd voor i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, en iii) λ =635 nm. h) Vastgelegde beelden van het doorgelaten licht op het scherm met verschillende invallende golflengten λ. Lichtpuntjes in het midden en aan de rechterkant zijn de nulde-orde straal en de doorgelaten kruis-gepolariseerde straal, respectievelijk. Donkere vlekken aan de linkerkant zijn te wijten aan de imperfecte circulaire polarisatietoestand. i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, en iii) λ =635 nm. Krediet:Junsuk Rho (POSTECH), Wiley

hieraan, het onderzoeksteam gebruikte de PECVD-methode, een veelgebruikte techniek om het amorfe silicium te ontwikkelen. Terwijl het silicium wordt afgezet met behulp van de PECVD-methode, het team onderzocht elke parameter van het proces, zoals temperatuur, druk, plasmakracht, en waterstofverhouding, en ontdekte het effect van elke variabele op de intermoleculaire bindingen.

Bovendien, het team ontdekte een methode om de regelmaat tussen siliciumatomen te vergroten door waterstofatomen in te voegen tussen gespannen siliciumatoombindingen, en hierdoor, de atomaire structuur van amorf silicium met een hoge brekingsindex en significante transmissie werd geïdentificeerd. In aanvulling, slaagden de onderzoekers erin om rood te sturen, groente, en blauwe lichten in de gewenste richting, die voorheen niet kon worden gecontroleerd met het conventionele silicium.

Transparant amorf silicium heeft het voordeel dat het hologramapparaten of ultradunne lenzen produceert die een duizendste van de dikte van conventionele lenzen zijn tegen een fractie van de kosten. De toepasbaarheid van het silicium is ook uitgebreid doordat het amorfe silicium, die alleen is gebruikt in thermische infraroodcamera's, kan nu worden gebruikt als een optisch apparaat in het zichtbare lichtgebied.

"De ontdekking van een optisch element dat al het zichtbare licht kan beheersen, heeft aanwijzingen opgeleverd over de relatie tussen de atomaire bindingsstructuur en het zichtbare lichtgebied, wat tot nu toe niet interessant was, " verklaarde professor Junsuk Rho, de corresponderende auteur die de studie leidde. "Omdat we optische apparaten kunnen produceren die alle kleuren tegen lage kosten kunnen aansturen, we zijn nu een stap dichter bij het commercialiseren van virtual en augmented reality en hologramtechnologieën die alleen in films te zien zijn."


Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Duizenden johannesbroodbomen geplant terwijl Cyprus het zwarte goud doet herleven
  2. Experts:broederij in Idaho die is gebouwd om zalm te redden doodt ze
  3. Nieuwe studie geeft aan hoe bevruchting veranderingen teweegbrengt in duizenden eiwitten in kikkereieren
  4. Amerikaans sage hoenbeleid keert terug naar af
  5. Hoe virtuele geneeskunde werkt
  6. Onderzoekers testen probiotica in voeding en supplementen
  7. Moet het houden van reptielen en amfibieën als huisdier worden beperkt?
  8. Binaural beats:kalmeert deze auditieve illusie echt je hersenen?
  9. Hoe zijn ggo's gemaakt?

Wetenschap