Ingenieure, die versuchen, den Farbmechanismus der Pfauen für Bildschirme nachzuahmen, haben Strukturfarben verwendet, die nicht mit Chemikalien, sondern mit Naturfarben hergestellt werden.
Im Perlmuttschwanz eines Pfaus reflektieren präzise angeordnete Haarrillen Licht bestimmter Wellenlängen. Aus diesem Grund erscheinen die resultierenden Farben je nach Bewegung des Tieres oder des Betrachters unterschiedlich. Fotonachweis: siliconwombat
Die neue Forschung könnte zu fortschrittlichen farbigen E-Books und elektronischem Papier sowie zu anderen farbigen reflektierenden Bildschirmen führen, die kein eigenes Licht benötigen, um lesbar zu sein. Reflektierende Displays verbrauchen in Laptops, Tablet-Computern, Smartphones und Fernsehgeräten viel weniger Strom als ihre Cousins mit Hintergrundbeleuchtung.
Die Technologie könnte auch Sprünge in der Datenspeicherung und Kryptografie ermöglichen. Dokumente könnten unsichtbar gekennzeichnet werden, um Fälschungen zu verhindern.
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Für die Studie, die in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurde, nutzten die Forscher die Fähigkeit des Lichts, in nanoskalige Metallnuten einzudringen und sich darin festzusetzen. Mit diesem Ansatz stellten sie fest, dass die reflektierten Farbtöne unabhängig vom Blickwinkel des Betrachters erhalten bleiben.
"Das ist der magische Teil der Arbeit", sagt Jay Guo, Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Michigan. „Licht wird in die Nanokavität geleitet, deren Breite sehr viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts.
„Und so können wir Farben mit einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze erzielen. Ebenfalls eingängig ist, dass längerwelliges Licht in engeren Rillen gefangen wird. “
Die Farbe dieser winzigen olympischen Ringe wurde von Forschern mithilfe von genau bemessenen Schlitzen im Nanomaßstab in einer mit Silber beschichteten Glasplatte erzeugt. Jeder Ring ist etwa 20 Mikrometer kleiner als die Breite eines menschlichen Haares. Sie können unterschiedliche Farben mit unterschiedlichen Schlitzbreiten erzeugen. Bildnachweis: Jay Guo, University of Michigan
Die Beugungsgrenze galt lange als der kleinste Punkt, auf den Sie einen Lichtstrahl fokussieren konnten. Andere haben ebenfalls die Grenze überschritten, aber Guo und Kollegen haben dies mit einer einfacheren Technik getan, die auch stabile und relativ einfach herzustellende Farben hervorbringt.
„Jede einzelne Rille - viel kleiner als die Lichtwellenlänge - reicht aus, um diese Funktion auszuführen. In gewisser Weise kann nur das grüne Licht in die Nanorille einer bestimmten Größe passen “, sagt er.
Das Team bestimmte, welche Schlitzgröße welche Lichtfarbe einfangen würde. Im Rahmen des branchenüblichen Cyan-, Magenta- und Gelb-Farbmodells stellten sie fest, dass bei Rillentiefen von 170 Nanometern und einem Abstand von 180 Nanometern ein 40 Nanometer breiter Schlitz rotes Licht einfangen und eine Cyan-Farbe reflektieren kann. Ein 60 Nanometer breiter Spalt kann Grün einfangen und Magenta erzeugen. Und ein 90 Nanometer breiter fängt blau ein und produziert gelb. Das sichtbare Spektrum reicht von etwa 400 Nanometer für Violett bis 700 Nanometer für Rot.
„Mit dieser reflektierenden Farbe konnte man das Display im Sonnenlicht betrachten. Es ist der Farbe sehr ähnlich “, sagt Guo.
Um auf weißem Papier (das auch eine reflektierende Oberfläche ist) Farbe zu erzeugen, ordnen die Benutzer die Pixel Cyan, Magenta und Gelb so an, dass sie für unsere Augen als die Farben des Spektrums erscheinen. Ein Display, das den Ansatz von Guo verwendete, würde auf ähnliche Weise funktionieren.
Um ihr Gerät zu demonstrieren, ätzten die Forscher nanoskalige Rillen in eine Glasplatte mit der Technik, die üblicherweise zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen oder Computerchips verwendet wird. Dann beschichteten sie die gerillte Glasplatte mit einer dünnen Silberschicht.
Wenn Licht - eine Kombination aus elektrischen und magnetischen Feldkomponenten - auf die gerillte Oberfläche trifft, erzeugt seine elektrische Komponente an der Oberfläche des Metallschlitzes eine sogenannte Polarisationsladung, die das lokale elektrische Feld in der Nähe des Schlitzes verstärkt. Dieses elektrische Feld zieht eine bestimmte Wellenlänge des Lichts ein.
Das neue Gerät kann statische Bilder erstellen, die Forscher hoffen jedoch, in naher Zukunft eine Bewegtbildversion zu entwickeln.
Das Air Force Office of Scientific Research und die National Science Foundation finanzierten die Forschung.
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