Kleurenafdrukken geproduceerd op hedendaagse printers hebben een resolutie van enkele duizenden dots per inch (dpi), maar een alternatieve strategie die gebruikmaakt van de kracht van nanotechnologie kan deze resolutie met een orde van grootte verbeteren.

Het aanbrengen van inktdruppels op een oppervlak om kleurenfoto's te maken is een eeuwenoude technologie. A*STAR-onderzoekers testen nu een nieuwe methode, die een reeks nanostructuren gebruikt die licht van de gewenste kleur reflecteren. Aangezien deze structuren of pixels, zijn veel kleiner dan inktdruppels, een resolutie tot 100, 000 dpi zou kunnen, in principe, worden bereikt.

Nanostructuren beïnvloeden licht door zogenaamde optische resonanties. In het geval van metalen, deze optische resonanties zijn te wijten aan de excitatie van plasmonen - licht koppelt sterk aan ruimtelijk begrensde elektronen op het oppervlak, en wordt geabsorbeerd of gereflecteerd, afhankelijk van de golflengte. De piekreflectiviteitsgolflengte, en dus de schijnbare kleur van de pixel, is afstembaar door de afmetingen van de nanostructuren te veranderen.

Plasmonische materialen zijn vaak edele metalen, zoals goud en zilver, of aluminium. Maar deze materialen worden beperkt door de prijs, spectrum dekking, of de lage zuiverheid van de kleur die ze reflecteren.

Ramón Paniagua-Dominguez van het A*STAR Data Storage Institute en collega's onderzoeken halfgeleider nanostructuren gemaakt van silicium. Ze meten de optische eigenschappen van een reeks schijven met diameters van 50 tot 250 nanometer onder verlichtingsomstandigheden die geschikt zijn voor een praktische implementatie.

"We hebben de kwaliteit van kleuren die worden gegenereerd door siliciumdeeltjes vergeleken met die van zilver- en aluminiumplasmondeeltjes, ", zegt Paniagua-Domínguez. "We hebben laten zien dat de verkregen kleuren van veel betere kwaliteit zijn wat betreft tint, gamma en intensiteit."

De verbetering is omdat de kleuren van silicium niet voortkomen uit plasmonische resonanties zoals bij de edele metalen, maar eerder van geometrische resonanties die afkomstig zijn van gebonden elektronen. Bijgevolg, silicium wordt minder beïnvloed door absorptieverliezen dan zilver of aluminium en kan dus een scherper reflectiespectrum produceren, wat een betere kleurzuiverheid betekent.

De technologie voor het vervaardigen van silicium nanostructuren is goed ontwikkeld vanwege de brede toepassing ervan bij de vervaardiging van elektronica. Hierdoor konden ze meesterwerken zoals De Schreeuw van Edvard Munch reproduceren in een gebied kleiner dan een vierkante millimeter.

"Onze focus ligt op het uitbreiden van het kleurengamma om verder te gaan dan de standaard die algemeen wordt aangenomen in de display-industrie, " zegt Paniagua-Dominguez. "We zullen ook mechanismen onderzoeken om de resonanties actief te controleren, en dus de kleur, van de deeltjes, om deze technologie dichter bij de toepassing in ultra-high-definition schermen te brengen."