Fig. 1. Image au microscope optique à fond clair des réseaux de nanostructures de silicium. Les nanostructures de Si de différentes tailles présentent des couleurs de réflexion distinctes. (la barre d'échelle est de 20 m). Crédit :Takahara et al. Lettres nano . 17, 7500-7506. DOI :10.1021/acs.nano-lett.7b03421
Jusqu'à maintenant, les métamatériaux utilisés pour créer une couleur accordable à partir de la géométrie structurelle ont été basés sur des métaux. Bien qu'efficace pour atteindre des résolutions élevées, les matériaux métalliques souffrent de pertes d'énergie inhérentes aux longueurs d'onde visibles, ce qui rend l'optimisation de la pureté des couleurs difficile. Par comparaison, la résonance des matériaux en silicium permet une réflectance et une pureté élevées.
Un trio de chercheurs de l'Université d'Osaka a récemment démontré un contrôle précis des couleurs à l'aide de silicium monocristallin. Leurs découvertes colorées ont été publiées dans Lettres nano .
"L'utilisation du silicium nous permet d'atteindre à la fois une haute résolution et une haute saturation, ", explique l'auteur correspondant de l'étude Junichi Takahara. " Des matériaux entièrement diélectriques capables de produire des pixels de couleur individuels avec une haute résolution, sans mélange de couleurs, offrent des avantages distincts par rapport aux matériaux métalliques."
Les réseaux de métamatériaux présentent des motifs à l'échelle nanométrique qui fonctionnent comme des antennes, qui convertissent le rayonnement optique en énergie localisée. La lithographie par faisceau d'électrons a été utilisée pour créer des masques, qui ont été utilisés pour protéger la surface du silicium de la gravure au plasma ultérieure. L'équipe a pu générer des couleurs vives entièrement contrôlées par la géométrie des antennes, démontrant également la génération de lumière blanche, ce qui est important pour l'impression en couleur. En outre, une information bicolore était inhérente à chaque pixel et pouvait être révélée en changeant la polarisation de la lumière incidente.
Fig.2. Démonstration d'un pixel de sous-longueur d'onde. (a) Ions à balayage et (b) images au microscope optique d'un motif en damier constitué d'une alternance de nanoblocs de deux tailles différentes. (c) Balayage ionique et (d) images au microscope optique des lettres "RGB" au moyen de nanostructures de Si générant la couleur correspondante. (la barre d'échelle est de 2 m). (. Crédit :Takahara et al.
La résolution inférieure à la longueur d'onde a été démontrée en générant un motif en damier jaune et bleu clairement discernable dans des zones unitaires de seulement 300 × 300 nanomètres. En termes d'applications éventuelles, cela se traduit par une impression à ~ 85, 000 dpi.
L'équipe s'est également amusée à démontrer son contrôle avec une typographie appropriée aux couleurs à l'échelle nanométrique, écriture "RGB" dans les nanoblocs de largeur nécessaire pour générer un effet saisissant.
« Nos travaux révèlent la grande précision possible grâce à la gravure du silicium monocristallin, ", explique l'auteur principal Yusuke Nagasaki. "L'accord entre les valeurs de réflectance calculées et expérimentales pour notre système renforce également notre confiance dans la nature robuste de la technique que nous avons créée."
Les propriétés bicolores des pixels offrent la possibilité de créer des images superposées, ainsi que de maximiser les informations codées dans une zone particulière du tableau. Le travail montre un potentiel d'utilisation dans la technologie anti-contrefaçon et la technologie d'affichage avancée telle que les affichages tridimensionnels.
