Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una película dieléctrica que tiene propiedades ópticas y eléctricas similares al aire, pero es lo suficientemente fuerte como para incorporarse a dispositivos electrónicos y fotónicos, lo que los hace más eficientes y más mecánicamente estables.
El problema es algo llamado índice de refracción, que mide la cantidad de luz que se curva cuando se mueve a través de una sustancia. El aire, por ejemplo, tiene un índice de refracción de 1, mientras que el agua tiene un índice de refracción de 1,33, por lo que aparece una pajitadoblar cuando lo pones en un vaso de agua.
Los dispositivos fotónicos requieren un alto contraste entre sus materiales componentes, con algunos componentes que tienen un índice de refracción alto y otros tienen uno bajo. Cuanto mayor sea el contraste entre esos materiales, más eficiente es el dispositivo fotónico, y mejor se desempeña.El aire tiene el índice de refracción más bajo, pero no es mecánicamente estable, y el índice de refracción más bajo que se encuentra en los materiales sólidos y naturales es 1.39.
Pero ahora los investigadores han desarrollado una película hecha de óxido de aluminio que tiene un índice de refracción tan bajo como 1.025 pero que es mecánicamente rígido.
"Al manipular la estructura del óxido de aluminio, que es dieléctrico, hemos mejorado sus propiedades ópticas y mecánicas", dice Chih-Hao Chang, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de mecánica y aeroespacialingeniería en NC State. Los dieléctricos son materiales aislantes que se utilizan en una enorme variedad de productos de consumo. Por ejemplo, cada dispositivo portátil tiene cientos de condensadores, que son componentes dieléctricos que pueden almacenar y administrar la carga eléctrica.
"La clave para el rendimiento de la película es el espaciado altamente ordenado de los poros, lo que le da una estructura más robusta mecánicamente sin afectar el índice de refracción", dice Xu Zhang, autor principal del artículo y estudiante de doctorado.en NC State.
Los investigadores hacen la película usando primero una nanolitografía desarrollada en el laboratorio de Chang para crear poros altamente ordenados en un sustrato polimérico. Ese polímero poroso luego sirve como plantilla, que los investigadores recubren con una capa delgada de óxido de aluminio usando una capa atómicadeposición. El polímero se quema, dejando un recubrimiento de óxido de aluminio tridimensional.
"Somos capaces de controlar el espesor del óxido de aluminio, creando un recubrimiento entre dos nanómetros y 20 nanómetros de espesor", dice Zhang. "Usando óxido de zinc en el mismo proceso, podemos crear un recubrimiento más grueso. Y el espesor deel recubrimiento controla y nos permite diseñar el índice de refracción de la película ". Independientemente del grosor del recubrimiento, la película en sí tiene aproximadamente un micrómetro de espesor".
"Los pasos en el proceso son potencialmente escalables y son compatibles con los procesos de fabricación de chips existentes", dice Chang. "Nuestros próximos pasos incluyen la integración de estos materiales en dispositivos ópticos y electrónicos funcionales".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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