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Cores capturadas através da canalização da luz para baixo consumo de energia, alta resolução, em telas de exibição

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Na cauda iridescente de pavão, ranhuras capilares precisamente dispostas reflectem a luz de determinados comprimentos de onda, o que resulta em cores brilhantes que tem uma aparência diferente dependendo do movimento do animal ou do observador. Imitando este sistema - menos o efeito arco-íris - tem sido uma abordagem de liderança para o desenvolvimento de telas coloridas avançadas reflexivas. Pesquisadores da Universidade de Michigan deram um passo em direção a esse objetivo. Crédito da imagem: sxc.hu usuário doc_Na cauda iridescente de pavão, ranhuras capilares precisamente dispostas reflectem a luz de determinados comprimentos de onda, o que resulta em cores brilhantes que tem uma aparência diferente dependendo do movimento do animal ou do observador. Imitando este sistema - menos o efeito arco-íris - tem sido uma abordagem de liderança para o desenvolvimento de telas coloridas avançadas reflexivas. Pesquisadores da Universidade de Michigan deram um passo em direção a esse objetivo. Crédito da imagem: sxc.hu usuário doc_ANN ARBOR—A iridescência, ou o brilho que muda as cores dependendo do ângulo de visão, é linda nas penas de um pavão. Mas imitar o mecanismo das cores desse pássaro único tem sido um transtorno para os engenheiros, que tentam criar cores reflexivas e em alta resolução nas telas de exibição.

Agora, os pesquisadores da Universidade de Michigan (U-M) encontraram um modo de travar a chamada cor estrutural, que é feita com textura e não produtos químicos. Um artigo sobre o trabalho está publicado na atual edição online dos Relatórios Científicos do Jornal Nature.

Na cauda de madrepérola de um pavão, precisas ranhuras capilares refletem a luz de certos comprimentos de onda. Por isso as cores finais parecem diferentes dependendo do movimento do animal ou de quem observa. Imitar este sistema – menos o efeito do arco-íris – tem sido o principal método para o desenvolvimento das novas gerações de telas reflexivas.

A nova pesquisa da U-M pode levar cores avançadas aos e-books e aos papéis eletrônicos, como também a outras telas reflexivas coloridas que não precisam da sua própria luz para serem legíveis. As telas reflexivas consomem muito menos energia do que os laptops, computadores de mão, smartphones e os televisores retroiluminados. A tecnologia também pode permitir avanços em armazenamento de dados e criptografia. Os documentos podem ser marcados invisivelmente para prevenir falsificação.

Conduzido pelo professor de Engenharia Elétrica e Ciências da Computação Jay Guo, os pesquisadores aproveitaram a capacidade da luz de se canalizar em nanoescala usando ranhuras metálicas e ficar presa dentro dela. Eles descobriram que com esta técnica, as cores refletidas são mantidas não importando o ângulo do espectador.

"Esta é a parte mágica do trabalho," disse Guo. "A luz é canalizada em uma nano-cavidade, cuja largura é muito, muito menor que o comprimento de uma onda de luz. E é desta forma que podemos obter a cor com a resolução além do limite de difração. Também é difícil compreender que o longo comprimento de uma onda da luz fique preso a ranhuras mais estreitas."

Durante muito tempo se pensou que o limite de difração era o menor ponto em que se podia focalizar um raio da luz. Outros grupos também quebraram o limite, mas a equipe da U-M o fez com uma técnica mais simples que também produz uma cor estável e relativamente "fácil de fazer", Guo disse.

"Cada ranhura individual – muito menor que o comprimento de uma onda da luz – é suficiente para fazer esta função. De certo modo, somente a luz verde pode se ajustar à nano-ranhura de um certo tamanho," disse Guo.

A equipe da U-M determinou que tamanho de fenda capturaria que cor de luz. Dentro do modelo padrão da indústria de impressão com as cores ciano, magenta e amarelo, a equipe encontrou que uma ranhura com profundidade de 170 nanômetros, espaçamento de 180 nanômetros e uma fenda com largura de 40 nanômetros pode capturar a luz vermelha e refletir o ciano. Uma fenda com largura de 60 nanômetros pode capturar o verde e fazer o magenta. E com largura de 90 nanômetros prende o azul e produz o amarelo. O espectro visível de aproximadamente 400 nanômetros para o violeta e 700 nanômetros para o vermelho.

"Com esta cor reflexiva, você poderia ver a tela com a luz solar. É muito semelhante à impressão em cores," disse Guo.

Para fazer uma cor em papel branco, (que também é uma superfície refletiva), as impressoras arranjam píxeis de ciano, magenta e amarelo de tal modo que eles aparecem com as cores do espectro aos nossos olhos. Uma tela que utilizou a teoria de Guo iria funcionar de um modo semelhante.

Para demonstrar o dispositivo deles, os pesquisadores gravaram ranhuras com água-forte em nano escala em uma chapa do vidro com uma técnica comumente usada para fazer circuitos integrados, ou chips de computador. Então eles revestiram a chapa de vidro gravada de uma camada fina de prata. Quando a luz – que é uma combinação de componentes elétricos e campos magnéticos – bate na superfície gravada, seu componente elétrico cria o que é chamado de carga de polarização na superfície de fenda metálica, empurrando o campo elétrico local para perto da fenda. Aquele campo elétrico puxa um comprimento de onda da luz específico.

Agora, o novo dispositivo pode fazer imagens estáticas, e os pesquisadores esperam desenvolver uma versão de imagens em movimento no futuro próximo.

A pesquisa é financiada pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e da Fundação de Ciência Nacional. A pesquisa é intitulada "Cores Estruturais de Ângulos Insensíveis baseadas em Nanocavidades Metálicas e Píxeis Coloridos além do Limite de Difração."

Para mais informações:

Jay Guo: http://web.eecs.umich.edu/~guo/