Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH)
Un equipo de investigación de POSTECH ha desarrollado un silicio amorfo transparente que transmite luz visible, lo que nos permite distinguir los colores de los objetos, lo que permite el desarrollo de lentes delgados como el papel que se pueden usar en pantallas montadas en la cabeza (HMD) que muestran imágenes de realidad virtual y aumentada en tiempo real.
Un equipo de investigación, dirigido por el profesor Junsuk Rho de los departamentos de ingeniería mecánica e ingeniería química de POSTECH, y Ph.D. El candidato Younghwan Yang y el Dr. Gwanho Yoon del Departamento de Ingeniería Mecánica han desarrollado silicio amorfo visiblemente transparente mejorando el método de deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD), una práctica ampliamente utilizada por los fabricantes de pantallas coreanos. Los investigadores también lograron controlar eficazmente la luz en la región visible utilizando el silicio recientemente desarrollado. Esta investigación fue publicada recientemente en Materiales avanzados, la revista internacional más respetada sobre ciencia de materiales.
Dado que la luz se dobla más con un índice de refracción más alto, Un material con alto índice de refracción es fundamental en el diseño de dispositivos de realidad virtual y aumentada. Sin embargo, la mayoría de los materiales altamente refractivos tienden a absorber la luz y cuando se utilizan en un dispositivo que produce una imagen controlando la luz, como una lente ultradelgada o un holograma, su rendimiento se deteriora. Los materiales ópticos presentados hasta ahora tienen alta transmitancia con bajo índice de refracción, o, en cambio, alto índice de refracción y baja transmitancia, limitando así la producción de dispositivos ópticos ligeros y altamente eficientes.
Demostración de una plataforma de metasuperficie de silicio de baja pérdida. a) La configuración de celda unitaria de pilares rectangulares compuestos de silicio amorfo hidrogenado (a? Si:H) sobre un sustrato de vidrio. La eficiencia de conversión η puede definirse por la relación de intensidad de la luz polarizada circularmente (RCP) de la mano derecha transmitida a la luz polarizada circularmente polarizada (LCP) de la mano izquierda incidente. η se calcula variando el período p, altura h, longitud l, y ancho w. b) La variación η máxima según el TP. Los rectángulos azules círculos verdes, y los triángulos rojos representan los datos medidos en las longitudes de onda de 450, 532, y 635 nm, respectivamente. c) El η calculado de las estructuras geométricas optimizadas con un? Si:H depositado a TP =200 ° C, PC =25 mTorr, WRF =800 W, y γ =7,5. El azul, verde, y los círculos rojos se refieren al η optimizado en las longitudes de onda de 450, 532, y 635 nm, respectivamente. d) La relación entre el valor del coeficiente de extinción (k) y el η máximo. Los rectángulos negros son el máximo calculado η en k medido a las longitudes de onda de 450, 532, y 635 nm con diversas condiciones de deposición. La línea continua muestra una curva de ajuste con (k2 + Ak + B) -1, donde A =7.04, y B =? 8,49 con la bondad de ajuste de R2 =0,92. e) Esquema de la metasuperficie geométrica. En una incidencia normal de LCP, la dirección de propagación de la luz RCP transmitida se desvía en un ángulo de deflexión θ de la dirección normal. f) Imágenes SEM de las metasuperficies fabricadas optimizadas para:i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, y iii) λ =635 nm. g) Las imágenes oblicuas SEM muestran los defectos dentro de los pasos de fabricación para metasuperficies optimizadas para i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, y iii) λ =635 nm. h) Imágenes capturadas de la luz transmitida en la pantalla con diferente longitud de onda incidente λ. Los puntos brillantes en el centro y el lado derecho son el haz de orden cero y el haz de polarización cruzada transmitida, respectivamente. Las manchas oscuras en el lado izquierdo se deben al estado imperfecto de polarización circular. i) λ =450 nm, ii) λ =532 nm, y iii) λ =635 nm. Crédito:Junsuk Rho (POSTECH), Wiley
A esto, el equipo de investigación utilizó el método PECVD, una técnica común para desarrollar el silicio amorfo. Mientras deposita el silicio usando el método PECVD, el equipo exploró cada parámetro del proceso, como la temperatura, presión, poder de plasma, y relación de hidrógeno, y descubrió el efecto de cada variable en los enlaces intermoleculares.
Es más, el equipo descubrió un método para aumentar la regularidad entre los átomos de silicio insertando átomos de hidrógeno entre enlaces atómicos de silicio tensos, y a través de esto, Se identificó la estructura atómica de silicio amorfo que posee un alto índice de refracción y una transmitancia significativa. Además, los investigadores lograron conducir al rojo, verde, y luces azules en la dirección deseada, que antes no se podía controlar con el silicio convencional.
El silicio amorfo transparente tiene la ventaja de producir dispositivos de holograma o lentes ultrafinas que tienen una milésima parte del grosor de las lentes convencionales a una fracción del costo. La aplicabilidad del silicio también se ha ampliado en el sentido de que el silicio amorfo, que se ha utilizado solo en cámaras térmicas de infrarrojos, ahora se puede utilizar como dispositivo óptico en la región de luz visible.
"El descubrimiento de un elemento óptico capaz de controlar toda la luz visible ha revelado pistas sobre la relación entre la estructura de enlace atómico y la región de la luz visible, que no ha sido de interés hasta ahora, "explicó el profesor Junsuk Rho, el autor correspondiente que dirigió el estudio. "Como podemos producir dispositivos ópticos que pueden controlar todos los colores a bajo costo, ahora estamos un paso más cerca de comercializar tecnologías de realidad virtual y aumentada y hologramas que solo se ven en películas ".
