Imagine un dispositivo en miniatura que impregna cada habitación de su casa con un tono diferente del arco iris: púrpura para la sala de estar, tal vez azul para el dormitorio, verde para la cocina. Un equipo dirigido por científicos del Instituto Nacional deStandards and Technology NIST ha desarrollado, por primera vez, dispositivos a nanoescala que dividen la luz blanca incidente en los colores que la componen en función de la dirección de la iluminación, o dirigen estos colores a un conjunto predeterminado de ángulos de salida.
Visto desde lejos, el dispositivo, conocido como filtro de color direccional, se asemeja a una rejilla de difracción, una superficie de metal plana que contiene ranuras paralelas o rendijas que dividen la luz en diferentes colores. Sin embargo, a diferencia de una rejilla, las ranuras de escala nanométrica grabadasen la película de metal opaco no son periódicas, no están igualmente espaciadas. Son un conjunto de líneas ranuradas o círculos concéntricos que varían en espaciado, mucho más pequeños que la longitud de onda de la luz visible. Estas propiedades reducen el tamaño del filtro y permitenpara realizar muchas más funciones de las que puede realizar una rejilla.
Por ejemplo, la cuadrícula no uniforme o aperiódica del dispositivo se puede adaptar para enviar una longitud de onda de luz particular a cualquier ubicación deseada. El filtro tiene varias aplicaciones prometedoras, incluida la generación de píxeles de color rojo, verde y azul muy cercanos para pantallas, recolecciónenergía solar, detectando la dirección de la luz entrante y midiendo el espesor de los recubrimientos ultrafinos colocados encima del filtro.
Además de filtrar selectivamente la luz blanca entrante en función de la ubicación de la fuente, el filtro también puede funcionar de una segunda manera. Al medir el espectro de colores que pasan a través de un filtro diseñado a medida para desviar longitudes de onda de luz específicas en ángulos específicos, los investigadores pueden señalar la ubicación de una fuente de luz desconocida que incide en el dispositivo. Esto podría ser fundamental para determinar si esa fuente, por ejemplo, es un láser dirigido a un avión.
"Nuestro filtro direccional, con su arquitectura aperiódica, puede funcionar de muchas maneras que fundamentalmente no se pueden lograr con un dispositivo como una rejilla, que tiene una estructura periódica", dijo el físico del NIST Amit Agrawal. "Con este dispositivo diseñado a medida, podemos manipular múltiples longitudes de onda de luz simultáneamente ".
Matthew Davis y Wenqi Zhu del NIST y la Universidad de Maryland, junto con Agrawal y el físico del NIST Henri Lezec, describieron su trabajo el enlace es externo en la última edición de Comunicaciones de la naturaleza . El trabajo se realizó en colaboración con la Universidad de Syracuse y la Universidad de Nanjing en China.
El funcionamiento del filtro de color direccional se basa en la interacción entre las partículas entrantes de luz fotones y el mar de electrones que flota a lo largo de la superficie de un metal. Los fotones que golpean la superficie del metal crean ondas en este mar de electrones,generando un tipo especial de onda de luz, plasmones, que tiene una longitud de onda mucho más pequeña que la fuente de luz original.
El diseño y el funcionamiento de los dispositivos aperiódicos no son tan intuitivos y sencillos como sus homólogos periódicos. Sin embargo, Agrawal y sus colegas han desarrollado un modelo simple para diseñar estos dispositivos. El autor principal, Matthew Davis, explicó que "este modelo nos permite predecir rápidamentela respuesta óptica de estos diseños aperiódicos sin depender de la aproximación numérica que consume mucho tiempo, lo que reduce en gran medida el tiempo de diseño para que podamos centrarnos en la fabricación y prueba de dispositivos "
El trabajo descrito en el nuevo artículo se realizó en el Centro de Ciencia y Tecnología a Nanoescala del NIST.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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