Учёные из Германии обманули классическую оптику — они создали самый маленький в мире пиксель размером всего 300 × 300 нм. Пиксель светит оранжевым светом, длина волны которого в два раза больше его размеров. В природе так не бывает, но человек смог превзойти её. Пиксели такого размера помогут создать носимые дисплеи с экранами Full HD на площади менее 1 мм², что сопоставимо с маковым зёрнышком, — это перевернёт мир виртуальной и дополненной реальности.
Открытие совершили физики из Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана (JMU, Julius-Maximilians-Universität Würzburg). Созданный ими экземпляр пикселя использует те же материалы, что и органические светодиоды (OLED). При этом яркость крошечного пикселя соответствует силе свечения серийно производимых пикселей размером 5 × 5 мкм, хотя разница в размерах между ними — в сто раз.
В основе разработки лежит создание оптической антенны из золота, которая одновременно служит токопроводящим электродом и усиливает излучение света. Результаты опубликованы в журнале Science Advances и открывают путь к сверхкомпактным дисплеям для носимых устройств — например, встраиваемых в дужки очков или даже в контактные линзы.
Огромной проблемой для уменьшения размеров пикселей была возникающая неравномерность в силе токов, подводимых к светоизлучающей площадке пикселя. Простое масштабирование привело бы к созданию электрода-антенны в виде прямоугольника. В условиях такой геометрии более сильные токи шли бы от углов антенны, где концентрация электромагнитного поля была бы максимальной. Это вызывало бы неравномерное свечение пикселя и быстро вывело бы его из строя — в частности, из-за электрохимического переноса атомов золота, которые в виде нитей быстро выросли бы и закоротили структуру.
Чтобы ток поступал к золотой антенне равномерно, учёные покрыли электрод изоляционным материалом и оставили по центру свободный от него круг диаметром 200 нм. Выше этого круга расположено несколько слоёв органического материала. Именно в нём возникает свечение: электроны в стеке рекомбинируют с дырками — и возникают фотоны. Сверху расположен другой электрод, который обеспечивает течение электронов к золотой антенне через стек пикселя.
Полученные нанопиксели продемонстрировали стабильную работу в течение двух недель в обычных условиях, с эффективностью свечения для оранжевого света около 1 %. Яркость достигается за счёт двойной роли антенны — как электрода и как усилителя света. Как и в случае обычных OLED, технология обеспечивает глубокий чёрный цвет при отсутствии тока, насыщенные оттенки и энергоэффективность. Такие пиксели позволяют создавать дисплеи с разрешением Full HD (1920 × 1080 пикселя) на площади всего 1 мм² — идеально подходящие для интеграции в AR/VR-очки без выпирающих компонентов.
В перспективе учёные обещают расширить цветовую гамму до RGB и повысить эффективность свечения. Если это произойдёт, такие решения произведут революцию в области носимых гаджетов, сделав дисплеи и проекторы компактными и незаметными.
Больше интересных новостей на сайте 3DNews:
• Спонсируемая Биллом Гейтсом малая АЭС TerraPower прошла экологическую экспертизу в США
• Власти США готовятся запретить экспорт китайских чипов, изготовленных с использованием американского ПО
• Роскомнадзор заблокировал в России MyAnimeList — крупнейший сайт об аниме и манге