(a) Imagen SEM inclinada 30º de un patrón de matriz de nanocables de silicio vertical. Los radios de los nanocables varían de 35 nm a 75 nm y la longitud del nanoalambre es de ~ 1 µm. Letras S (izquierda), MI, A, y S (derecha) comprenden cada uno nanocables con radios de 70 nm, 60 nm, 50 nm y 40 nm, respectivamente. (b) Imagen de microscopio óptico de campo claro del patrón. El cambio de color gradual se logra mediante el cambio gradual de los radios de los nanocables. (c) Imagen ampliada del área seleccionada indicada por el cuadrado blanco del panel b. Cada mancha azul es un solo nanoalambre. (d) Imagen SEM inclinada 30º del patrón de filtro Bayer. El patrón consta de nanocables de silicio verticales con radios de 45 nm, 50 nm, y 65 nm representando rojo, azul, y colores verdes, respectivamente. Recuadro:imagen SEM ampliada. La barra de escala es de 1 µm. (e) Imagen de microscopio óptico de campo claro del patrón. Cada nanoalambre muestra un color que se puede controlar mediante la elección adecuada de su radio. Crédito:Cortesía de Ken Crozier y Kwanyong Seo, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard
(PhysOrg.com) - Los ingenieros pronto estarán cantando, "Voy a quitar ese gris de mis nanocables, "gracias a un colorido descubrimiento de un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard y Zena Technologies. En contraste con el tono gris sombrío de las obleas de silicio, Kenneth B. Crozier y sus colegas demostraron que el individuo, Los nanocables de silicio verticales pueden brillar en todos los colores del espectro.
La pantalla vibrante, dependiendo del diámetro de los cables individuales, incluso es visible a simple vista. Además de agregar un toque de color al laboratorio, el hallazgo tiene potencial para su uso en dispositivos sensores de imágenes a nanoescala, ofreciendo una mayor eficiencia y la capacidad de detectar el color sin el uso de filtros.
"Es sorprendente, "dice Crozier, John L. Loeb Profesor Asociado de Ciencias Naturales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS). "Mucha gente está fabricando nanocables, y realmente no piensas tanto en el color. En esta configuración vertical puede obtener efectos de color muy fuertes, y puede sintonizarlos en un rango de longitudes de onda de la región visible. Los fuertes efectos se pueden ver hasta el nivel del cable individual ".
El hallazgo, publicado en el 17 de marzo, 2011, edición en línea de Nano Letters, puede ser el primer informe experimental de que los nanocables de silicio pueden adquirir una variedad de colores dependiendo de su diámetro y bajo iluminación de campo brillante. Trabajos previos han demostrado que los nanocables pueden adquirir diferentes colores, pero solo mirando dispersos, en lugar de reflejarse directamente, luz.
Para crear la matriz multicolor de nanocables de silicio verticales, los ingenieros de Harvard y Zena Technologies utilizaron una combinación de litografía por haz de electrones y grabado de iones reactivos con plasma acoplado inductivamente.
Se grabó con plasma una oblea suave de silicio hasta que todo lo que quedó fueron los nanocables que sobresalen verticalmente, asemejándose a las cerdas de un cepillo de dientes. Si bien los nanocables se crearon en matrices de miles por conveniencia, los colores que exhibieron se debieron a las propiedades de los cables individuales, no por la forma en que la luz se dispersaba o difractaba en el grupo.
(a) Matriz cuadrada vertical de nanocables de silicio. La extensión total de la matriz de nanocables es de 100 µm por 100 µm. El paso de los nanocables es de 1 µm. Vista superior (b) y vista inclinada 30º (c) de la matriz de nanocables. (d) Vista inclinada ampliada de la matriz de nanocables. Los nanocables tienen un radio de 45 nm y una longitud de 1 µm. Crédito:Cortesía de Ken Crozier y Kwanyong Seo, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard.
"Cada nanoalambre actúa como una guía de ondas, como una fibra óptica de tamaño nanométrico, pero que absorbe ópticamente, "explica Crozier." En longitudes de onda cortas no hay mucho acoplamiento óptico al nanoalambre. En longitudes de onda largas, el acoplamiento es mejor, pero las propiedades de la guía de ondas son tales que no hay mucha absorción. Entre, hay un rango de longitudes de onda donde la luz se acopla al nanoalambre y se absorbe. Este rango está determinado por el diámetro del nanoalambre. Fabricamos nanocables con diámetros de 90, 100, y 130 nm que aparecieron en rojo, azul y verde, respectivamente."
Para demostrar el notable fenómeno y la relativa facilidad de controlar y colocar los coloridos nanocables, los investigadores crearon un tributo de tamaño nanométrico a Harvard, diseñando un patrón que se asemeja al sello Veritas de la escuela de ingeniería y deletreando el acrónimo SEAS en un arco iris de colores.
Si bien la imagen de Harvard coincidía estrechamente con el sello de la escuela, el color deseado eludió a los ingenieros.
"De hecho, queríamos que el sello fuera rojo en lugar de azul, pero resultó que el diámetro estaba un poco mal, "dice Crozier.
Como incluso pequeños cambios en el radio de un cable pueden alterar el color, el sello resultó ser azul, más adecuado para el famoso sello de cierta otra institución de la Ivy League.
Afortunadamente, la tecnología tiene otras aplicaciones prometedoras. El objetivo final de los investigadores es utilizar los cables en sensores de imagen. Los fotodetectores tradicionales en los dispositivos sensores de imagen pueden medir la intensidad de la luz pero no determinar su color sin el uso de un filtro adicional. que tira gran parte de la luz, limitar la sensibilidad del dispositivo.
Los investigadores esperan abordar esto mediante la fabricación de nanocables verticales que contengan fotodetectores por encima de los fotodetectores estándar formados en una oblea de silicio. Los nanocables y los fotodetectores estándar podrían detectar cada uno una parte diferente del espectro de la luz incidente. Comparando las señales de cada uno, el color se podía determinar sin perder tanta luz.
"Con sensores de imagen, cada pedacito de eficiencia cuenta. Es más, incluso imaginamos usar los cables de colores para codificar datos en un tipo de almacenamiento de información de solo lectura, "añade Crozier.
