Atteindre le rouge le plus rouge : le rouge de Schrödinger

Les couleurs brillantes et souvent irisées que nous voyons chez certaines espèces d’oiseaux, de coléoptères et de papillons proviennent d’un arrangement régulier de nanostructures qui dispersent plus fortement les longueurs d’onde sélectives de la lumière pour générer de la couleur. Ces couleurs sont appelées couleurs structurelles, qui vont généralement du bleu au vert, et même au magenta. Cependant, les rouges vibrants ou saturés sont insaisissables et notamment absents de la gamme de couleurs structurelles dans les domaines naturels et synthétiques.

Pour obtenir des rouges hautement saturés, le matériau doit absorber la lumière de toutes les longueurs d’onde inférieures à ~ 600 nm et réfléchir les longueurs d’onde restantes plus longues, en faisant les deux aussi complètement que possible. Cette transition brutale de l’absorption à la réflexion a été théoriquement prescrite par nul autre qu’Erwin Schrödinger, célèbre dans la théorie quantique. Cependant, la physique des résonateurs nous dit que des résonances optiques d’ordre élevé dans le bleu se produiront également dès que nous aurons une résonance fondamentale dans le rouge. Cette combinaison de bleu et de rouge donne ainsi le magenta observé dans la nature. Il est donc difficile d’atteindre le pixel rouge de Schrödinger, qui produirait le rouge le plus saturé au monde. Les approches actuelles basées sur les nanoantennes sont insuffisantes pour satisfaire simultanément les conditions ci-dessus.

de l’Agence pour la science, la technologie et la recherche (A * STAR) Institute of Materials Research and Engineering (IMRE), National University of Singapore (NUS) et Singapore Researchers University of Technology and Design (SUTD) ont collaboré pour concevoir et réaliser des rouges à la limite ultime de saturation telle que prédite par la théorie, où l’équipe a travaillé ensemble sur la méthodologie de conceptualisation, les fabrications, les caractérisations et les simulations. Cette recherche a été publiée dans Avancées scientifiques le 23 février 2022.

La conception consiste en des nanoantennes en silicium régulièrement disposées en forme d’ellipses. Ceux-ci produisent probablement les rouges les plus saturés et les plus brillants avec une réflectance d’environ 80%, dépassant les rouges de la gamme standard rouge, vert et bleu (sRGB) et d’autres pigments rouges bien connus, par exemple le rouge de cadmium (voir les figures 1 et 2 pour plus de détails).

Les nanoantennes prennent en charge deux modes quasi-états liés dans le continuum qui se chevauchent partiellement, où les dimensions optimales des réseaux de nanoantennes en silicium sont dérivées en utilisant un algorithme de descente de gradient pour permettre aux antennes d’obtenir des bords spectraux nets aux longueurs d’onde rouges. Dans le même temps, les modes d’ordre élevé aux longueurs d’onde bleues ou vertes sont supprimés via l’ingénierie des canaux de diffraction induits par le substrat et l’absorption du silicium amorphe.

Les utilisations potentielles du rouge de Schrödinger incluent le développement d’une méthode de cryptage dépendant de la polarisation, avec des plans pour augmenter le pixel rouge fonctionnel de Schrödinger pour des applications telles que les dispositifs de nanofabrication tels que les spectromètres optiques et les écrans réfléchissants à haute saturation des couleurs.

«Avec cette nouvelle conception capable d’obtenir les rouges les plus saturés et les plus brillants, nous pouvons exploiter sa sensibilité à la polarisation et à l’angle d’éclairage sur des applications potentielles pour le cryptage des informations. Ce concept et cette méthodologie de conception proposés pourraient également être généralisés à d’autres pixels de couleur de Schrödinger. Le rouge hautement saturé obtenu pourrait potentiellement être mis à l’échelle grâce à des méthodes telles que la lithographie ultraviolette profonde et la nano-impression, pour atteindre les dimensions d’écrans réfléchissants basés sur une configuration de film multicouche, ce qui pourrait conduire à des applications potentielles telles que des filtres rouges compacts, des filtres réfléchissants hautement saturés. écrans, métasurfaces non locales et spectromètres miniaturisés », a déclaré le Dr. Dong Zhaogang, chef adjoint du département de nanofabrication à l’IMRE d’A*STAR.

“La création d’une saturation et d’une luminosité record dans le rouge ouvre des possibilités pour une pléthore d’applications liées aux technologies anti-contrefaçon, à l’affichage couleur de haut calibre et plus encore, qui étaient auparavant perçues comme irréalisables avec la couleur structurelle. Il présente une merveilleuse synergie entre une percée conceptuelle, un algorithme puissant et une nanofabrication avancée », a déclaré le Prof. Cheng-Wei Qiu, professeur titulaire de la chaire du doyen à la NUS.

“Ce travail sur les couleurs structurelles montre que nous pouvons parfois surpasser l’évolution grâce à une utilisation intelligente des outils de la nanofabrication et des simulations optiques précises”, a déclaré le Prof. Joel Yang, professeur prévôt et professeur agrégé en développement de produits d’ingénierie à SUTD.

Clause de non-responsabilité: AAAS et EurekAlert ! ne sont pas responsables de l’exactitude des communiqués de presse publiés sur EurekAlert! par les institutions contributrices ou pour l’utilisation de toute information via le système EurekAlert.

Leave a Comment

Your email address will not be published.