Scoperta rivoluzionaria nel campo della nanofotonica
Il team del Dr. Jaeyeon Pyo presso il Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) ha rivelato per la prima volta al mondo i pattern di emissione di luce dai nanofili stampati in 3D. Questo lavoro è stato pubblicato come articolo di copertina sulla prestigiosa rivista scientifica ACS Nano.
L’importanza della risoluzione nei dispositivi di visualizzazione
Nei dispositivi di visualizzazione, una risoluzione più alta significa una maggiore densità di pixel su uno schermo di una data dimensione. Con l’aumento della densità di pixel, film e immagini vengono visualizzati con maggiore precisione e dettaglio. La ricerca attuale mira a fabbricare dispositivi di emissione di luce sempre più piccoli, passando dalla scala micrometrica (un milionesimo di metro) a quella nanometrica (un miliardesimo di metro).
Sfide nella miniaturizzazione dei dispositivi di emissione di luce
Quando le dimensioni dei dispositivi di emissione di luce si riducono a centinaia di nanometri, si verificano cambiamenti particolari nell’interazione luce-materia, risultando in pattern di emissione significativamente diversi rispetto alle macrostrutture. Comprendere l’emissione di luce dalle nanostrutture è essenziale per l’applicazione pratica dei dispositivi di emissione di luce su scala nanometrica.
Tecnologia di stampa 3D nanofotonica del KERI
Il team di ricerca del KERI, dedicato alla ricerca sui display utilizzando la tecnologia di stampa 3D nanofotonica, ha rivelato per la prima volta al mondo pattern di emissione di luce altamente direzionali dai nanofili stampati in 3D.
La tecnologia di stampa 3D nanofotonica consente la fabbricazione di strutture fotoniche su scala nanometrica in architetture 3D tramite la scrittura diretta di inchiostri funzionali formulati da vari materiali ottici. Questa tecnologia è destinata a portare innovazione nei display ad altissima risoluzione, nella stampa di sicurezza, nello stoccaggio dei dati e altro ancora.
Vantaggi della stampa 3D rispetto ai metodi tradizionali
Tipicamente, è difficile fabbricare uniformemente materiali di emissione di luce di dimensioni desiderate in posizioni specifiche utilizzando metodi convenzionali di deposizione chimica o fisica. Tuttavia, la tecnologia di stampa 3D del KERI consente un controllo preciso del diametro attraverso la restrizione dell’apertura dell’ugello di stampa, permettendo la fabbricazione affidabile di materiali di emissione di luce in posizioni desiderate con una vasta gamma di dimensioni (diametro da 1/10.000 di metro a 1/10 milione di metro).
Osservazioni sperimentali e simulazioni
Il team del Dr. Jaeyeon Pyo ha osservato e misurato sperimentalmente i pattern di emissione di luce da campioni fabbricati con precisione utilizzando la tecnologia di stampa 3D nanofotonica, con dimensioni che vanno dalla scala nanometrica a quella micrometrica. Hanno anche condotto simulazioni di onde elettromagnetiche per un’analisi approfondita e una validazione incrociata dei loro risultati.
Risultati chiave
Quando le dimensioni dei materiali di emissione di luce diventano piccole come 300 nanometri di diametro, la riflessione interna della luce scompare a causa della confinamento spaziale, portando a una propagazione della luce unidirezionale. Di conseguenza, il pattern di emissione di luce diventa altamente direzionale. Nelle macrostrutture, la luce si propaga attraverso diversi percorsi all’interno della struttura interna, risultando in pattern di emissione ampi. Tuttavia, nelle strutture di nanofili, esiste un solo percorso, portando al pattern di emissione altamente direzionale osservato.
Implicazioni e applicazioni future
L’attributo di emissione altamente direzionale può migliorare significativamente le prestazioni dei display, dei media di archiviazione ottica, dei dispositivi di crittografia e altro ancora. Le macrostrutture con pattern di emissione ampi possono soffrire di diafonia ottica quando densamente integrate, causando sovrapposizioni o sfocature dei segnali. Al contrario, i nanofili con pattern di emissione altamente direzionali permettono una chiara separazione tra i segnali, eliminando le distorsioni.
Questa ricerca è stata pubblicata come articolo di copertina su ACS Nano, una rivista di alto livello nel campo della nanoscienza con un fattore di impatto JCR di 15.8.
Dichiarazione del Dr. Jaeyeon Pyo
“Le ricerche sulla fisica ottica su scala nanometrica sono impegnative, soprattutto a causa della difficoltà nella preparazione dei campioni, che spesso è costosa e richiede tempo. Il nostro contributo dimostra che il metodo di stampa 3D può essere una piattaforma versatile per studiare la fisica ottica grazie alle sue caratteristiche semplici, flessibili e a basso costo,” ha dichiarato il Dr. Jaeyeon Pyo. Ha aggiunto che questa ricerca contribuirà significativamente alle tecnologie avanzate dei display e alla fisica quantistica, che fanno parte del ‘National Strategic Technology Nurture Plan’ della Corea del Sud.
Prospettive future
Il team di ricerca prevede che il loro contributo attirerà notevole interesse nei campi della realtà virtuale (AR, VR), dei proiettori a fascio, dei media di archiviazione ottica, dei circuiti integrati fotonici, delle tecnologie di crittografia e della stampa di sicurezza, dove possono essere utilizzati materiali di emissione di luce ultra-piccoli. Intendono continuare a indagare vari fenomeni ottici che si verificano su scala nanometrica utilizzando il metodo di stampa 3D, sfruttando la sua capacità di fabbricazione libera.
Articolo e Pubblicazione
L’articolo intitolato “Emission Directionality of 3D-Printed Photonic Nanowires” è stato scritto da Yanbei Hou, Ming Gao, Xueyu Bai, Lihua Zhao, Hejun Du e Kun Zhou e sarà pubblicato su ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.4c02820).
Informazioni sulla Rivista
ACS Nano pubblica articoli su temi significativi e attuali nella ricerca sperimentale o teorica in nanoscienza, o in applicazioni della nanoscienza ad altri rami della scienza e dell’ingegneria.
