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金屬奈米粒子 閃耀自訂顏色

哈佛的工程師展示一種新的可調式色彩過濾器(color filter,彩色濾光片),使用光學奈米天線(nanoantennas)達成對顏色輸出的精確控制。

傳統的彩色濾光片只能產生一種固定色彩,然而一個暴露在不同類型光線下的單一主動濾波器(active filter)卻能產生一系列顏色。

這種優勢在電視以及生物成像的應用中有其潛力,甚至有可能被用來創造標記貨幣的隱形安全標籤。這些發現發表在二月號的 Nano Letters 上。

Kenneth Crozier,哈佛工程與應用科學系(SEAS)電機工程副教授,等人改造了金屬奈米粒子的形狀,故其所顯現的顏色與照亮它們的光線的偏振密切相關。奈米粒子可被視為一種天線 — 類似無線通訊所用的天線 — 但其規模非常小,而且在可見光頻率下運作。

“由於奈米科技中的進展,我們能精確控制光學奈米天線的形狀,所以我們能調整它們,使其在不同的顏色與不同的偏振下,做出不同的反應," 共同作者 Tal Ellenbogen 表示,SEAS 博士後研就者。"據此,我們設計了一款新的可調式色彩過濾器。"

在今日電視與監視器中被用來創造顏色的傳統 RGB 濾光片,有一固定的輸出顏色(紅、綠或藍)並透過混色(blending)創造出一種更廣泛的色盤。相較之下,奈米天線過濾器的每一個像素都是動態的,且當偏振改變時能產生不同的顏色。

研究者將這些過濾器封為「色電漿子偏振器(chromatic plasmonic polarizers,CPP)」,因為它們能創造出具均勻色彩的像素,或複雜的圖案,其顏色是位址的函數,會不斷變化。

為了證明這種技術的能力,縮寫字 LSP(localized surface plasmon,局部表面電漿)被創造出來(譯註:請參考原站附圖)。對於非偏振光或是已在 45 度偏振的光,這些字母都是隱形的(灰疊灰)。在 90 度的偏振光下,字母呈現出鮮明的黃,還有藍色的背景,在 0 度時,配色顛倒了。藉由旋轉入射光的偏振,字母會變色,從黃變藍。

“關於這項研究,有點不尋常的地方在於,我們有個會依偏振而產生反應的色彩過濾器," Crozier 說。

研究者展望數種不同的應用:功能性地使用顏色,在顯示器或相機中呈現不同的顏色;或為了生醫成像在組織中展現偏振效應,以及將此技術整合到標籤或紙張裡,以產生安全標籤,能用來標記金錢或其他物體。

雖然要從當前組裝好的樣本看見色彩效應,需經放大,不過大規模的奈米列印技術可用來產生大到足以用肉眼看見的樣本。例如,為了建造一台電視,使用奈米天線的話將需要大量先進工法,不過 Crozier 與 Ellenbogen 表示,那完全可行。

Crozier 相信這個最新的進展,有一部分,採用了生物學的方法來對付顏色產生的問題。

Ellenbogen(諷刺的是,他是色盲)先前研究過視覺皮質的計算模型並且把這樣的知識帶到實驗室。

“色電漿子偏振器結合二種結構,每種都有不一樣的光譜響應,而人眼可將這二種光譜響應的混合視為顏色," Crozier 說。

“我們通常會問,就光譜而論,反應是什麼,而不是就眼睛而論,反應是什麼" Ellenbogen 補充。

原始文獻:Tal Ellenbogen, Kwanyong Seo, and Kenneth B. Crozier
Nano Lett., 2012, 12 (2), pp 1026–1031
doi: 10.1021/nl204257g

資料來源:PHYSORG:Metal nanoparticles shine with customizable color[February 23, 2012 ]

轉載自only-perception

 

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