La tecnología para controlar la absorción de luz en longitudes de onda seleccionadas en nanoestructuras ha atraído mucha atención en los últimos años; sin embargo, Sintonizar dinámicamente las longitudes de onda de absorción sin cambiar también la geometría de su estructura ha sido algo difícil de alcanzar. Un artículo publicado recientemente en Informes científicos por el Dr. Don Gregory, profesor distinguido en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), y su Ph.D. estudiante, Seyed Sadreddin Mirshafieyan, propone una solución para hacer precisamente eso.

Su papel "Absorbedores de luz perfectos eléctricamente sintonizables como filtros de color y moduladores, "teoriza cómo el voltaje, cuando se aplica a una estructura de nanocavidad hecha de un material épsilon cercano a cero (ENZ) como el antimonuro de indio (InSb), permite la manipulación en tiempo real de las longitudes de onda de absorción y los colores del dispositivo, lo que podría conducir a avances significativos en las pantallas, traspuesta, sensores, y análisis espectral.

La tecnología de vanguardia en filtros de color utiliza lo que se conoce como nanocavidad de Fabry-Perot compuesta de finas películas de semiconductores y metal para absorber la luz en longitudes de onda seleccionadas. El Dr. Gregory describe esta nanocavidad como análoga a tener dos espejos, uno muy reflectante y el otro parcialmente transmitido, con luz entrando en el espejo que transmite parcialmente y rebotando en el espejo que refleja perfectamente. "Si el espacio entre espejos es el correcto, obtienes una interferencia constructiva entre la luz que viaja en las dos direcciones diferentes, ", dice." Eso significa que puedes elegir qué longitud de onda se refleja en esa superficie ". En otras palabras, la longitud de onda de absorción, o el color que se refleja en el ojo, está controlada por el grosor de la nanocavidad.

Hasta ahora, ese espesor ha sido determinado por capas fijas ajustadas a un color particular u otro. "Eso significa que para una capa particular de espesor y un número particular de capas, obtienes un color particular reflejado de esa combinación, "El Dr. Gregory explica." Tienes que cambiar el grosor de las capas para obtener un color diferente, pero la idea en este artículo es que podemos construir estos diferentes materiales y controlar eléctricamente la luz que se refleja. Entonces podríamos sintonizarlo para luz verde luz azul, luz roja cambiando el voltaje a través de las capas ".

Bajo la supervisión del Dr. Gregory, Mirshafieyan ha modelado una estructura capaz de ajustarse eléctricamente para diferentes longitudes de onda de absorción y un primer borrador de su Ph.D. la disertación se ha completado.

La estructura comprende un ultrafino, material ENZ de nanómetros de espesor llamado InSb y una capa de dióxido de titanio (TiO2) intercalada entre dos espejos de plata. El grosor total del dispositivo, incluidos los espejos, InSb, y TiO2 es inferior a 200 nm, que es 500 veces más delgado que el cabello humano. InSb es un semiconductor III-V cuya densidad de portadora (cuando está dopada) es ideal para la modulación de portadora inducida eléctricamente, haciendo que se comporte más como un metal bajo el voltaje aplicado correcto. Consciente de varios intentos anteriores, pero a menudo incompletos, de lograr absorbentes de luz perfectos sintonizables eléctricamente, Mirshafieyan señala, que "los investigadores ya han demostrado que si cambia el grosor de la cavidad, puedes cambiar el color, pero eso es difícil en las aplicaciones de visualización en tiempo real porque el grosor de cada píxel es fijo. Queremos cambiar el color de cada píxel de forma dinámica sin cambiar físicamente el grosor de ese píxel ".

Con estos materiales, el índice de refracción cambia con el dopaje que se usa dentro del material, lo que el Dr. Gregory explica es cuántos electrones o agujeros ha agregado al material semiconductor básico. "Entonces, puedes cambiar su conductividad, su resistividad en la fabricación del material o puede hacerlo con voltaje aplicado, ", dice." No tienes que cambiar físicamente la separación entre los espejos. "Esto puede ser más difícil de lo que parece dependiendo de las circunstancias." Es bastante fácil hacerlo en el laboratorio con dos espejos. Podemos cambiar el espacio entre los espejos y podemos hacer que se refleje la luz de diferentes colores, ", dice." Pero tener dos espejos que se fijan y luego cambiar el índice de refracción del material en el interior, eléctricamente, en tiempo real, eso es duro."

Este dopaje también significa que no hay necesidad de nanopatrones o la creación de materiales exóticos adicionales, y es esta distinción la que separa la estructura de Mirshafieyan de las iteraciones anteriores que exigieron cambios en la geometría estructural, una distinción que también tiene implicaciones para la industria de las telecomunicaciones.

Ser capaz de cambiar el índice de refracción fácilmente con un voltaje aplicado bajo también ayuda a explicar por qué el uso de InSb en lugar de decir, silicio, puede resultar una mejor opción material en la industria de las telecomunicaciones o la conmutación. La aplicación de voltaje a los interruptores con una capa activa de InSb aumenta la densidad de portadora, y consecuentemente, la permitividad, lo que conduce a un mayor cambio en el índice de refracción. "Es la diferencia entre el encendido y el apagado lo que realmente importa, "dice el Dr. Gregory." Tenemos una diferencia mucho mayor entre apagado y encendido, lo que significa que podemos ejecutar con una tasa de error mucho menor. Y la tasa de error lo es todo en las telecomunicaciones ". El resultado, por lo tanto, es conmutación de muy alta velocidad.

Silicio, por otra parte, no produce muchos cambios en el índice con un voltaje aplicado. Incluso con la adición de otros materiales diseñados para mejorar la conmutación, El silicio actualmente no puede igualar la fidelidad de InSb.

El Dr. Gregory también anticipa que esta tecnología podría reemplazar al silicio en la conmutación por completo. Y aunque el uso de InSb no es necesariamente más económico, podría resultar más rentable a largo plazo debido a la mejora de las tasas de error de bits, que la gente estaría dispuesta a pagar.

En cuanto a las aplicaciones de visualización, esta tecnología podría generar pantallas aún más delgadas y más rápidas que las que hay actualmente en el mercado, sin los mismos problemas de control de calidad.

La tecnología LCD y LED actual consta de varios componentes diferentes además del cristal líquido en sí. "Y cada pila tiene un grosor, "dice Mirshafieyan." Pero con la tecnología InSb, puedes combinar todo. Es en sí mismo un filtro de color ". Como resultado, mucho más delgado, más rápido, es posible una visualización de mayor resolución.

"Si alguna vez ha intentado ver un partido de hockey en un televisor de cristal líquido, no puedes seguir el disco en el hielo en absoluto, y eso se debe a que la TV no puede funcionar a velocidades suficientemente altas, "dice el Dr. Gregory. Esto se debe a las distorsiones de la imagen creadas por la variación en las capas de muchas pantallas de cristal líquido y la velocidad de reacción básica.

Sin embargo, Estos problemas de control de calidad podrían eliminarse con la tecnología que proponen el Dr. Gregory y Mirshafieyan porque permitiría reducir el tamaño de píxel. "Podemos crear píxeles muy pequeños con esta tecnología porque no tiene ningún nanopatrón que limite el proceso de fabricación, "Dice Mirshafieyan." Podemos hacer píxeles ultra-ultrapequeños con colores distintos y eso mejorará la calidad de la pantalla mucho más allá de lo que está disponible ahora ".