アクティブな電気化学的高値

Nature Communications volume 13、記事番号: 3391 (2022) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ディスプレイ用途で実行可能であるためには、アクティブな構造色が電気的に調整可能、オン/オフ切り替え可能、および可逆的である必要があります。 ただし、最初の 2 つの関数を独立して制御することは、光学定数の実部と虚部を結びつける因果関係や、構造変化時の場の重なりの変化により困難です。 ここでは、ΔV < 3 V で Pt 電極上の誘電体格子スリット内に Cu を電気化学的に堆積および溶解することにより、両方の機能を可逆的に達成する別個のメカニズムを包含するアクティブ反射カラー ピクセルを実証します。スリット内の Cu 占有率を介してモード干渉を変化させると、モード干渉が変化します。交差偏光イメージングでは、CIE 空間カバー率が最大約 72% 向上します。 同じピクセルでは、溶解した多孔質 Cu による偏光解消と吸収により、最大コントラスト約 97% で色がオフになります。 これらの結果を利用して、反射型ディスプレイ用途における可能性を強調する、アクティブなカラースイッチングディスプレイと個別にアドレス指定可能なオン/オフピクセルマトリックスを実証します。

理想的には、ディスプレイ用途 1、2 または光学可変デバイス (OVD) 3 用の電気的に調整可能な反射ピクセルは、バイアスが適用されると広範囲にわたって色が変化し、必要に応じてスイッチがオフになり、背景に対して高いコントラストを示し、可逆性を維持する必要があります。 最初の 2 つの基準を単一の構造色設計で制御することは、一見別個のメカニズムを必要とするため、特に困難です。 アクティブなカラーチューニングには、光学定数の実数部の変更または規則正しい構造変化が必要ですが、オン/オフの切り替えには虚数部の変更または吸収を増加および拡大するための構造的無秩序の導入が必要です。 光学定数の実数部と虚数部は因果関係（つまり、クラマースとクローニッヒの関係）によって結び付けられており、構造の変化がフィールド間の結合に影響を与えるため、色の調整には必然的に強度変調が伴い、色と強度の独立した制御が困難になります。 これは、色の調整とオン/オフの切り替えは別個のメカニズムに依存する必要があることを示唆しており、これらを 1 つのシステムに含めるのは簡単ではありません。 どちらかに焦点を当てた研究は、電気機械ミー構造 4 およびエレクトロクロミックポリマー 5,6,7,8、液晶 9,10、金属電着 11,12,13、金属から誘電体への電気化学変換 14,15 と組み合わせたプラズモニックまたはフォトニック設計に依存しています。 、金属の水素化16、およびイオンインターカレーション17、18、19。

長期間の可逆性も重要な要件です。 プラズモニックカラーには魅力的なメリットがあります 20,21 が、主力金属である Ag と Al は劣化しやすく、繰り返し使用すると色の安定性が損なわれます。 Pt などの化学的安定性に優れた他の金属は、バンド間遷移に関連する光減衰係数が大きいため、一般に避けられます。 それにもかかわらず、金属の光損失の影響をほとんど受けない鮮やかな構造色は、それぞれの金属上に 1 次元 (1D) 誘電体格子を使用し、入力偏光に対して 45 度回転させ、交差 (直交) 偏光子を通して観察することで実現可能です 23。 このような交差分極スキームによる鮮やかな構造色は、プラズモニック ナノワイヤ 24 および Ag25 上の誘電体ナノピクセルでも報告されています。 誘電体 1D 回折格子の場合、色は、s 偏光 (s-pol) または p 偏光 (p-pol) の共鳴波長にわたって 90° 回転された反射場によって定義されます。 金属と格子の界面における表面プラズモンポラリトン (SPP) によって表される p-pol 共鳴は、Pt のような安定しているが損失の多い金属では減衰します。 これにより、一般にレイリー・ウッド異常によって特徴付けられる s-pol 共鳴が反射スペクトルを支配し、以前のレポートで観察されたように、そのピークの鋭い性質により飽和度の高い色が得られます。