Uno de los componentes clave detrás de las pantallas de video de alta resolución de próxima generación serán las nanoantenas ópticas. Estos dispositivos usan nanotecnología para mezclar e interferir con haces de luz para producir colores e incluso hologramas.

Si bien las nanoantenas ópticas que utilizan silicio o materiales similares han producido imágenes en color, las imágenes son fijas y no se pueden sintonizar de un lado a otro. Sin embargo, se requieren nuevos materiales con propiedades sintonizables para explotar nanoantenas ópticas en videos de alta resolución.

Para abordar esta brecha, los equipos de investigación de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) y A*STAR IMRE diseñaron y demostraron el uso de nanoestructuras de calcogenuro para sintonizar de forma reversible las resonancias de Mie en el espectro visible. Con un ancho que mide solo 190 nm, 1000 veces más pequeño que una sola hebra de cabello humano, el nanodisco de calcogenuro se puede cambiar entre dos estados ópticos usando calor para inducir transiciones de fase.

Su trabajo, "Reversible Tuning of Mie Resonances in the Visible Spectrum", se publicó en ACS Nano .

"Demostramos la capacidad de los nanodiscos de cambio de fase para interferir y manipular la luz visible; ese es el primer paso hacia una pantalla de holograma de video", explicó el profesor asociado Robert Simpson, investigador principal de SUTD.

La tecnología se basa en materiales de cambio de fase; materiales que se utilizan más típicamente en dispositivos de almacenamiento de datos. En lugar de utilizar materiales de almacenamiento de datos de cambio de fase, como las aleaciones de germanio, antimonio y telurio, el equipo de investigación exploró el uso de un material abundante en la Tierra llamado trisulfuro de antimonio. El equipo demostró que las propiedades ópticas de las nanopartículas de trisulfuro de antimonio se pueden cambiar a alta velocidad para crear colores vivos ajustables.

Sin embargo, usar un nuevo material vino con un conjunto de desafíos. El equipo necesitaba desarrollar un nuevo método de nanofabricación para crear nanoestructuras de trisulfuro de antimonio con resonancias y propiedades ópticas específicas.

Además, tenían que asegurarse de que las propiedades ópticas y las resonancias de las nanopartículas de trisulfuro de antimonio pudieran cambiarse de forma reversible. Utilizaron pulsos de láser de femtosegundos para cambiar el estado óptico de estas partículas. También fue necesaria una optimización sustancial para encontrar las condiciones que conducirían a la conmutación reversible sin vaporizar las estructuras de nanopartículas.

Si bien este trabajo allana el camino hacia pantallas a color de alta resolución, pantallas holográficas y sistemas de escaneo LiDAR en miniatura, el equipo de investigación también está entusiasmado de extender este nuevo material de cambio de fase a otras aplicaciones fotónicas programables y fomentar colaboraciones para aprovechar todo el potencial del trisulfuro de antimonio y materiales relacionados.

"Nuestro trabajo demuestra claramente que la conmutación reversible es posible, pero para dispositivos prácticos, también necesitamos desarrollar un sistema elegante e integrado para abordar y controlar eléctricamente el estado óptico de las nanopartículas. Actualmente estamos trabajando en estas tecnologías y esperamos que este documento inspirará a la comunidad investigadora en general a ampliar aún más las capacidades de estas importantes nanopartículas de calcogenuro”, agregó el profesor asociado Simpson. + Explora más

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