Nanoprinting basato sulla metasuperficie: visualizzazione dell’immagine ottica alla risoluzione su scala nanometrica
C’è un’arte popolare di lunga data in Cina chiamata “intaglio del riso”, che consiste nell’intagliare motivi artistici realistici sul riso con una lunghezza di soli 5 mm circa, che devono essere apprezzati con una lente d’ingrandimento, come mostrato nella Figura 1 ( fonte immagine: chinanews.com). L’intaglio del riso può essere considerato una tecnologia di stampa basata su un materiale speciale. La tecnologia di stampa si riferisce all’intero processo di trasferimento di immagini e informazioni sulla superficie di carta, tessuti, plastica e altri materiali. È una parte importante dell’industria dell’informazione. In quanto metodo di stampa a risparmio energetico, rispettoso dell’ambiente e difficile da copiare, la stampa a colori senza inchiostro sta diventando una nuova direzione nello sviluppo della tecnologia di stampa. La stampa a colori senza inchiostro utilizza l’incisione laser, la tecnologia olografica, il fascio di elettroni, elaborazione a controllo numerico ultraprecisa, elettrochimica e altre tecnologie di microelaborazione per formare strutture micro-nano programmate digitalmente sulla superficie dei prodotti stampati. Pertanto, la stampa a colori senza inchiostro può generare fenomeni fisici come diffrazione, riflessione, rifrazione e trasmissione della luce e quindi visualizzare caratteri e immagini di diversi colori. Il complesso processo di fabbricazione della microstruttura rende difficile la copia. Pertanto, la tecnologia di stampa senza inchiostro è ampiamente utilizzata nell’imballaggio, nell’etichettatura, nell’anticontraffazione e in altri campi e ha le caratteristiche di una risoluzione ultra elevata e può visualizzare caratteri di livello micron. Tuttavia, a causa della limitazione del suo semplice principio di manipolazione del campo luminoso, la tecnologia di stampa senza inchiostro è difficile per produrre colori più abbondanti e informazioni complesse sull’immagine e ha incontrato grandi ostacoli tecnici nella sua profonda applicazione. Ci si può aspettare che sarà difficile fare grandi passi avanti in futuro. Pertanto, i campi correlati sono molto desiderosi di una tecnologia di aggiornamento della stampa senza inchiostro a colori a colori, in scala di grigi continua, ad alta risoluzione e con struttura semplice, in modo da svolgere un ruolo chiave in campi chiave come la crittografia ottica e l’anticontraffazione, AR / VR, stampa e packaging, creazione artistica, archiviazione di informazioni e così via.
Metasurface è un nuovo tipo di materiale di struttura artificiale sviluppato rapidamente negli ultimi anni. È composto da strutture periodiche subwavelength depositate su substrati planari. Nella banda ottica, progettando ragionevolmente la geometria, le dimensioni e l’orientamento della struttura della sub-lunghezza d’onda, la metasuperficie può manipolare in modo flessibile i parametri ottici di base come l’ampiezza, la fase e lo stato di polarizzazione della luce incidente su nanoscala. È la tecnologia preferita per l’archiviazione e la visualizzazione di immagini di nanoprinting ad altissima risoluzione. Essendo un nuovo tipo di piattaforma di visualizzazione e archiviazione di immagini ottiche basata su metasuperfici, la risoluzione dell’immagine archiviata arriva fino a 80 K DPI, che non solo supera di gran lunga la tecnologia di stampa tradizionale (come la stampa rotocalco, che generalmente è di soli 5 K DPI) , ma ha anche le caratteristiche eccezionali di lunga vita, inquinamento zero e colore ricco. La Fig. 2 mostra i risultati della registrazione e riproduzione dell’opera d’arte “Ragazza con orecchini di perle” con una metasuperficie con una dimensione complessiva di circa 0,6 mm ´ 1 mm (fonte immagine: Optica, 7 (9), 1171-1172 (2020)) . Ancora più importante, la ricca libertà di progettazione delle metasuperfici ha fatto sì che la tecnologia di nanostampa basata sulla metasuperficie si sviluppasse dall’originale a canale singolo all’attuale integrazione multicanale e multifunzionale e persino alla visualizzazione dinamica, mostrando interessanti prospettive applicative nei campi dell’archiviazione delle informazioni, anticontraffazione ottica, crittografia delle informazioni e display ultracompatto, come mostrato in Fig. 3. opera d’arte con una metasuperficie con una dimensione complessiva di circa 0,6 mm ´ 1 mm (fonte immagine: Optica, 7 (9), 1171-1172 (2020)). Ancora più importante, la ricca libertà di progettazione delle metasuperfici ha fatto sì che la tecnologia di nanostampa basata sulla metasuperficie si sviluppasse dall’originale a canale singolo all’attuale integrazione multicanale e multifunzionale e persino alla visualizzazione dinamica, mostrando interessanti prospettive applicative nei campi dell’archiviazione delle informazioni, anticontraffazione ottica, crittografia delle informazioni e display ultracompatto, come mostrato in Fig. 3. opera d’arte con una metasuperficie con una dimensione complessiva di circa 0,6 mm ´ 1 mm (fonte immagine: Optica, 7 (9), 1171-1172 (2020)). Ancora più importante, la ricca libertà di progettazione delle metasuperfici ha fatto sì che la tecnologia di nanostampa basata sulla metasuperficie si sviluppasse dall’originale a canale singolo all’attuale integrazione multicanale e multifunzionale e persino alla visualizzazione dinamica, mostrando interessanti prospettive applicative nei campi dell’archiviazione delle informazioni, anticontraffazione ottica, crittografia delle informazioni e display ultracompatto, come mostrato in Fig. 3.
Gli autori di questo articolo riassumono lo sviluppo della nanoprinting basata sulla metasuperficie negli ultimi anni. Basato sul principio fisico della nanostampa basata sulla metasuperficie, questo documento esamina in dettaglio i progressi della ricerca della nanostampa basata sulla metasuperficie a canale singolo, la nanostampa multicanale basata sulla metasuperficie, la nanostampa dinamica basata sulla metasuperficie e le metasuperfici multifunzionali che combinano la nanostampa con l’olografia o metalli. Gli autori discutono anche delle applicazioni della nanostampa basata sulla metasuperficie nella visualizzazione delle immagini, della generazione di fasci di vortici, della decodifica e dell’occultamento delle informazioni, della crittografia delle informazioni, dell’archiviazione ottica ad alta densità e dell’anticontraffazione ottica e, infine, riassume le opportunità e le sfide che la nanostampa basata sulla metasuperficie attualmente affronta.
Riferimento articolo: Fu R, Chen KX, Li ZL, Yu SH, Zheng GX. Nanoprinting basato sulla metasuperficie: principio, design e progressi. Opto-elettrone Sci 1 , 220011 (2022). doi: 10.29026/oes.2022.220011
Parole chiave: metasuperficie / nanoprinting / colore strutturale / ologramma / dispositivo multifunzionale
# # # # # #
Il team di ricerca sulla micro-nano ottica guidato dall’accademico Shaohua Yu del Peng Cheng Laboratory e dal professor Guoxing Zheng dell’Università di Wuhan è principalmente impegnato nella ricerca di metasuperfici ottiche, fotonica topologica e nuovi dispositivi micro-nano ottici. Attualmente, il team è composto da 5 professori, 3 ricercatori post-dottorato e quasi 30 studenti laureati e dottorandi. Il team ha presieduto più di 50 progetti di ricerca scientifica, inclusi i piani chiave nazionali di ricerca e sviluppo ei principali piani di ricerca di NSFC. Negli ultimi anni, il team ha pubblicato più di 100 articoli su riviste scientifiche come Nature Nanotechnology, Science Advances e Nature Communications, con un massimo di 1900 citazioni per singolo articolo. Il team ha richiesto più di 150 brevetti di invenzione nazionali e molti di loro sono stati applicati. Ha vinto il primo premio di invenzione tecnologica del Ministero dell’Istruzione e molti premi come Elsevier Most Cited Chinese Researcher. Negli ultimi cinque anni, tre studenti laureati del team hanno vinto il Wang Daheng Optical Award della Chinese Optical Society e due di loro hanno vinto il National Excellent Doctoral Dissertation Award.
Homepage del gruppo: http://jszy.whu.edu.cn/zhengguoxing/zh_CN/index.htm
# # # # # #
Opto-Electronic Advances (OEA) è una rivista SCI mensile ad alto impatto, ad accesso aperto e sottoposta a revisione paritaria con un fattore di impatto di 8,933 (Journal Citation Reports for IF2021). Dal suo lancio nel marzo 2018, OEA è stata indicizzata nei database SCI, EI, DOAJ, Scopus, CA e ICI nel tempo e ha ampliato il suo comitato editoriale a 36 membri provenienti da 17 paesi e regioni (h-index medio 49).
La rivista è pubblicata dall’Istituto di ottica ed elettronica, Accademia cinese delle scienze, con l’obiettivo di fornire una piattaforma per ricercatori, accademici, professionisti, professionisti e studenti per trasmettere e condividere le conoscenze sotto forma di documenti di ricerca empirica e teorica di alta qualità che coprono i temi dell’ottica, della fotonica e dell’optoelettronica.
CREDITO
OEA