A*STAR-wetenschappers hebben een schema aangetoond om het aantal kleuren dat kan worden geproduceerd door arrays van kleine aluminium nanoschijven aanzienlijk te vergroten.

Conventionele pigmenten produceren kleuren door selectief licht van verschillende golflengten te absorberen, bijvoorbeeld rode inkt lijkt rood omdat het sterk absorbeert in de blauwe en groene spectrale gebieden. Een soortgelijk effect kan op veel kleinere schaal worden gerealiseerd door arrays van metalen nanostructuren te gebruiken, aangezien licht van bepaalde golflengten collectieve oscillaties van vrije elektronen opwekt, bekend als plasmonresonanties, in dergelijke structuren.

Een voordeel van het gebruik van metalen nanostructuren in plaats van inkten is dat het mogelijk is om de resolutie van kleurenafbeeldingen honderdvoudig te verbeteren. Deze verbeterde resolutie, bij de diffractiegrens van het licht, is essentieel voor gegevensopslag, toepassingen voor digitale beeldvorming en beveiliging. Aluminium is vanwege zijn lage kosten en goede stabiliteit een bijzonder aantrekkelijk materiaal om te gebruiken.

Joel Yang en Shawn Tan van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en collega's gebruikten een elektronenstraal om arrays van ongeveer 100 nanometer hoge pilaren te vormen. Vervolgens legden ze een dunne aluminiumlaag op de pilaren en in de openingen ertussen. In deze arrays, elke pixel was een 800 nanometer lang vierkant met vier aluminium nanoschijven.

De plasmonresonantiegolflengte varieert gevoelig met de afmetingen van de nanostructuren. Bijgevolg, door de diameter van de vier aluminium nanoschijven in een pixel te variëren (alle vier de nanoschijven hebben dezelfde diameter), de wetenschappers waren in staat om ongeveer 15 verschillende kleuren te produceren - een goed begin, maar nauwelijks genoeg om afbeeldingen in kleur natuurgetrouw weer te geven.

Door twee paar diametraal tegenovergestelde nanoschijven een verschillende diameter van elkaar te laten hebben, door vervolgens de twee diameters te variëren, konden ze dit aantal verhogen tot meer dan 100. Tot slot, ze genereerden meer dan 300 kleuren door zowel de nanoschijfdiameter te variëren (maar alle vier de diameters binnen een pixel hetzelfde te houden) als de afstand tussen aangrenzende nanoschijven in een pixel (zie afbeelding). "Deze methode is analoog aan halftoning die wordt gebruikt bij afdrukken op basis van inkt en resulteert in een breed kleurengamma, " merkt Yang op.

De onderzoekers demonstreerden de effectiviteit van hun uitgebreide palet aan de hand van een schilderij van Monet. Ze reproduceerden het beeld met zowel een beperkt als een uitgebreid palet, met een veel betere kleurweergave uit het uitgebreide palet. wonderbaarlijk, ze verkleinden het beeld van 80 centimeter tot slechts 300 micrometer - een 2, 600-voudige verkleining.

"Het gebruik van een kosteneffectiever metaal heeft het potentieel om deze technologie dichter bij adoptie te brengen, ’ merkt Tan op.