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May 27, 2023

I display ultrasottili sulla metasuperficie prendono di mira il display LCD

Currently, LCD screens are the most dominant and popular display technology for

Attualmente, gli schermi LCD sono la tecnologia di visualizzazione più dominante e popolare per televisori e monitor, ma è improbabile che migliorino significativamente in futuro. Ora un nuovo studio scopre che il tipo di fisica che rende possibili i microscopici “mantelli dell’invisibilità” potrebbe portare a “metasuperfici” di prossima generazione che mostrano circa 1/100 dello spessore di un capello umano medio e che potrebbero offrire una risoluzione 10 volte superiore e consumarne la metà. energia come schermi LCD.

La tecnologia LCD si basa su celle a cristalli liquidi costantemente illuminate da una retroilluminazione. I polarizzatori davanti e dietro i pixel filtrano le onde luminose in base alla loro polarità, o alla direzione in cui vibrano, e le celle a cristalli liquidi possono ruotare nel modo in cui questi filtri sono orientati per accendere e spegnere la trasmissione della luce.

Gli schermi LCD continuano a vedere progressi migliorando i cristalli liquidi, la tecnologia di visualizzazione o la retroilluminazione. "Tuttavia, i miglioramenti apportati alle tecnologie LCD sono ora per lo più solo incrementali", afferma Eric Virey, analista display senior presso la società di ricerche di mercato Yole Intelligence a Lione, Francia.

Il prototipo del dispositivo a quattro pixel può commutare la sua trasmissione luminosa con meno di 5 volt in soli 625 microsecondi, il che si tradurrebbe in più di 1.000 fotogrammi al secondo.

Una possibilità che gli scienziati stanno esplorando per i display a schermo piatto di prossima generazione sono le metasuperfici, progettate per possedere caratteristiche generalmente non presenti in natura, come la capacità di piegare la luce in modi inaspettati. La ricerca sulle metasuperfici e altri metamateriali ha portato alla realizzazione di mantelli dell'invisibilità in grado di nascondere gli oggetti dalla luce, dal suono, dal calore e da altri tipi di onde, tra le altre scoperte.

I metamateriali ottici, progettati per manipolare la luce, contengono strutture con schemi ripetuti su scale inferiori alle lunghezze d'onda della luce che influenzano. Tuttavia, le loro strutture sono tipicamente statiche. Questo è un ostacolo per molte applicazioni che richiedono proprietà ottiche variabili, come i display.

Precedenti ricerche hanno studiato diversi modi per regolare elettricamente le proprietà della metasuperficie. Tuttavia, fino ad ora, nessuno di questi approcci poteva consentire simultaneamente una regolazione rapida, ampia, trasparente e a stato solido, necessaria per l’uso in display e lidar.

In un nuovo studio, tuttavia, i ricercatori hanno sperimentato metasuperfici sintonizzabili elettricamente compatibili con le tecniche di produzione CMOS standard. Questi si basano sul grande effetto termo-ottico del silicio, ovvero un cambiamento di temperatura può alterare in modo significativo le proprietà ottiche del silicio.

"I nostri pixel della metasuperficie sono compatibili con le attuali tecnologie di produzione di chip di silicio, che mantengono bassi i costi di produzione", afferma l'autore dello studio Mohsen Rahmani, professore di ingegneria alla Nottingham Trent University, in Inghilterra.

Il nucleo del nuovo dispositivo completamente a stato solido è costituito da una metasuperficie di silicio, nello specifico, una pellicola spessa 155 nanometri con fori larghi da 78 a 101 nm disposti in una matrice precisa al suo interno. Questa metasuperficie è incapsulata da strisce trasparenti di ossido di indio-stagno, elettricamente conduttive, spesse 380 nanometri, che possono fungere da riscaldatori azionati elettricamente.

"Una delle direzioni importanti nel campo delle metasuperfici è la necessità di riconfigurabilità", afferma l'ingegnere elettrico Andrea Alù del Graduate Center della City University di New York, che non ha preso parte a questa ricerca. Questo nuovo lavoro "consente un modo veloce, efficiente e compatto per ottimizzare la risposta delle metasuperfici, che fa avanzare il campo".

"Non sono necessari investimenti significativi in ​​nuove linee di produzione per integrare questa tecnologia." —Mohsen Rahmani, Università di Nottingham Trent

Il prototipo del dispositivo a quattro pixel può commutare la quantità di luce visibile e del vicino infrarosso trasmessa di nove volte con meno di 5 volt in soli 625 microsecondi, il che, senza prendere in considerazione almeno altri fattori, si tradurrebbe in 1.600 fotogrammi al secondo. La tecnologia, in altre parole, ha un frame rate più di 10 volte più veloce di quello dei video attuali. I ricercatori hanno dettagliato i loro risultati online il 22 febbraio sulla rivista Light: Science & Applications.