NIST Araştırmacıları, Olay Işığının Açısına Cevap Veren Renkli Filtreler Geliştiriyorlar
Evinizdeki her odayı, oturma odası için gökkuşağı-mor renkleriyle, belki de yatak odası için mavi, mutfakta yeşil renkte olan bir minyatür cihaz olarak düşünün.
National Institute of Standards and Technology (NIST) bilim insanları tarafından yönetilen bir ekip, ilk kez, olay beyaz ışığını aydınlatma yönüne göre bileşen renklerine bölen nanometre aygıtları geliştirdi veya bu renkleri çıkış açılarından önceden belirlenmiş bir sete yöneltti.
Fotoğraf: Şematik olarak, beyaz ışıkların yeni geliştirilen bir cihazla etkileşime girdiği iki farklı yol gösterilmektedir; düzgün bir şekilde aralıklı olmayan çizgilerle yönlendirilen yönlü bir renk filtresi. Beyaz ışık, kompakt metal cihazın desenli tarafını üç farklı açıdan (bu durumda 0 ° derece, 10 ° ve 20 °) aydınlattığında cihaz kırmızı, yeşil ve mavi dalga boylarında ışık iletir. Herhangi bir açıyla gelen beyaz ışık, cihazı desensiz yanından aydınlattığında, ışığı aynı üç renge ayırır ve her bir rengi aynı açılara karşılık gelen farklı yönde gönderir.
Uzaktan bakıldığında, yönlü renkli filtre olarak adlandırılan cihaz, ışığı farklı renklere bölen paralel çizgiler veya yarıklar içeren düz bir metal yüzey olan bir kırınım ızgarasını andırıyor. Bununla birlikte, bir ızgaradan farklı olarak, opak metal film içine kazınmış olan nanometre ölçekli yarıklar periyodik-eşit aralıklarda- değildir. Bunlar ya aralık mesafesinde değişen ve görünür ışığın dalga boyundan çok daha küçük olan yarıklı çizgiler veya merkezleri bir daireler dizisidir. Bu özellikler filtrenin boyutunu küçültür ve bir ızgaradan çok daha fazla işlev gerçekleştirmesine izin verir. Örneğin, cihazın düzenli aralıklarda olmayan sistemi, istenen herhangi bir yere belirli bir dalga boyu ışığı gönderilecek şekilde uyarlanabilir.
Filtrelerin, görüntüler için yakın aralıklı kırmızı, yeşil ve mavi renkli pikseller üretmek, güneş enerjisini toplamak, gelen ışığın yönünü algılamak ve filtrenin üstüne yerleştirilen ultra ince kaplamaların kalınlığını ölçmek de dahil olmak üzere umut vadeden bazı uygulamaları vardır.
Gelen beyaz ışığın, kaynağın konumuna göre seçici olarak filtrelenmesine ek olarak, filtre aynı zamanda ikinci bir şekilde de çalışabilir. Araştırmacılar, belirli açılardaki, belirli dalga boylarındaki ışıkları saptırmak için özel olarak tasarlanmış bir filtreden geçen renk spektrumunu ölçerek, cihaza çarpan bilinmeyen ışık kaynağının yerlerini tespit edebilirler. Örneğin bu kaynak, bir uçağa yönelik bir lazer olup olmadığını belirlemek için kritik olabilir.
NIST fizikçi Amit Agrawal, “Periyodik mimarisi ile yönlendirmeli filtre, periyodik yapıya sahip olan bir cihazla temelden erişilemeyen pek çok yönden işlev görebilir. Bu özel tasarlanmış cihazla, birden fazla dalga boyu ışığını aynı anda idare edebiliyoruz. ” dedi.
NIST’in Matthew Davis ve Wenqi Zhu ve Maryland Üniversitesi, Agrawal ve NIST fizikçi Henri Lezec ile birlikte Nature Communications’ın son baskısında çalışmalarını anlattı. Çalışma, Çin’deki Syracuse Üniversitesi ve Nanjing Üniversitesi ile iş birliği içinde gerçekleştirildi.
Yönlü renkli filtrenin çalışması, gelen ışık-foton parçacıkları ile metalin yüzeyi boyunca yüzen elektron denizleri arasındaki etkileşime dayanır. Metal yüzeyine çarpan fotonlar, bu elektron denizinde dalgalanmalar oluşturarak orijinal ışık kaynağından daha küçük dalga boyuna sahip özel bir ışık dalgası-plasmons üretirler.
Sonsuz cihazların dizaynı ve çalışması periyodik benzerleri kadar sezgisel ve anlaşılır değildir. Bununla birlikte, Agrawal ve meslektaşları bu cihazları tasarlamak için basit bir model geliştirdiler. Baş yazar Matthew Davis, “Bu model, zaman harcayan sayısal yaklaşımlara dayanmaksızın bu periyodik olmayan tasarımların optik tepkilerini hızlı bir şekilde tahmin etmemizi sağlıyor ve böylece tasarım süresinin büyük oranda düşmesiyle cihaz imalatı ve testi üzerine odaklanabiliyoruz” dedi.
Yeni raporda açıklanan çalışmalar NIST’in Nanoscale Bilim ve Teknoloji Merkezi’nde gerçekleştirildi.
Kaynak : nist.gov
