Интерференционные явления на тонких пленках могут сохраняться как на гладких, так и на шероховатых поверхностях. Этот удивительный новый результат, полученный учеными из США, означает, что пленки, обладающие подобным эффектом (меняющие цвет, в зависимости от толщины) могут использоваться в гибких электронных и оптоэлектронных устройствах, а также стать основой для создания ультра-легких цветных покрытий.

Обычные диэлектрические покрытия, являющиеся важнейшим компонентом почти каждого современного оптического устройства, как правило, содержат слои прозрачного (пропускающего свет без потерь) материала.

При этом каждый такой слой имеет толщину, по меньшей мере, четверть длины волны света. Два года назад группа ученых из Harvard University (США) создала новые ультратонкие оптические покрытия, толщина которых была всего несколько нанометров. При этом использовались почти непрозрачные (хорошо поглощающие свет) диэлектрические материалы, такие как полупроводники.

Исследователи выявили, что,

например, добавление на поверхность золотого образца слоя германия толщиной 7 нм позволяет сменить цвет этой поверхности с золотого на розовый. Добавление еще 4 нм слоя делает поверхность почти фиолетовой, а еще 4 нм превращает покрытие в темно-синее (надо отметить, что 4 нм – соответствует менее чем 10 атомам). Наблюдаемый эффект напоминает явление, выражающееся в цветных разводах тонкой пленки масла на дороге. Аналогичный эффект появляется на поверхности мыльных пузырей. Различные цвета проявляются благодаря интерференции световых волн, проходящих через масляную пленку на поверхности воды, а также отражающихся от границы раздела фаз. В результате интерференции волны с некоторой длиной усиливаются, другие же, наоборот, поглощаются.

В своей работе исследователи эффективно заменили масляный слой на слой поглощающего свет германиевого покрытия.

Самое удивительное было то, что они выявили существенные изменения цвета покрытия при изменении его толщины всего на несколько атомов. Корректируя толщину пленки, ученые изменяли условия интерференции, которые в свою очередь определяют, какие из длин волн будут отражаться, а какие поглощаться в тонком слое. Это и определяет итоговый цвет поверхности.

В своей предыдущей работе исследователи только лишь пытались применить покрытия на гладких поверхностях, но, продолжая изыскания в данном направлении, они выявили, что наблюдаемые интерференционные явления сохраняются даже тогда, когда покрытие наносится на шероховатые, грубые или гибкие подложки. Им даже удалось воссоздать описанные выше явления на поверхности обычной бумаги.

Потенциальные сферы применения подобных покрытий включают в себя электронику и оптоэлектронику. Тонкие пленки могут быть оптимальными для производства солнечных батарей и фотоприемников, а теперь, когда исследователи доказали, что они могут наноситься даже на гибкие подложки, это открывает совершенно новые области применения, например, в умном текстиле. Другое интересное применение – окрашивание различных объектов, для которых принципиальное значение имеет вес.

К примеру, внешний топливный бак для космического шаттла обычно оставляют неокрашенным, экономя чуть меньше 300 килограмм веса. Поскольку описанные пленки существенно тоньше, нежели обычные краски, они могут использоваться для покрытия объектов без существенного изменения их веса.

Подробные результаты работы исследователей опубликованы в журнале Applied Physics Letters. Ученые продолжают работу в данном направлении, пытаясь создать устройства, которые фиксируют свет, благодаря интерференционным явлениям в ультратонких пленках.