Давно известна способность, так называемых, электрохромных полимеров изменять цвет под действием электрического напряжения и переключаться между окрашенным и прозрачным состояниями только при приложении энергии. Однако до последнего времени никто не мог понять, как добиться смены состояний такого полимера за миллисекунды — уровень быстродействия, требующийся для плавного отображения видео.

Нужную технологию разработал исследователь из Национальной Лаборатории Сандиа Алек Талин (Alec Talin) вместе с коллегами из центра нанотехнологий института NIST. В сегодняшнем выпуске Nature Communications они рассказали, как использование сверхтонких слоев дешёвых электрохромных полимеров позволяет генерировать яркие и быстро переключаемые цвета.

Проблема оказалось напрямую связана с толщиной полимера. Традиционные электрохромныe дисплеи используют толстые слои полимеров, чтобы получить хороший контраст между яркими и тёмными пикселями. Но толстые слои характеризуются большим временем диффузии ионов и электронов, что затягивает смену зарядового состояния полимера. Как результат, такие дисплеи можно использовать только для отображения статической информации и затемнения иллюминаторов в Boeing Dreamliner.

Авторы статьи создали в очень тонких алюминиевых выступах, покрытых слоем полимера, серии вертикальных нанопрорезей, проделанных перпендикулярно направлению падающего света.

Попадая на эти прорези, свет преобразуется в поверхностные плазмонные поляритоны — электромагнитные волны с частотой видимого спектра, распространяющиеся вдоль поверхности раздела металла и диэлектрика, в данном случае — алюминия и электрохромного полимера. Расстояние между прорезями в каждом массиве в точности соответствует длинам волн красного, голубого или зеленого цветов.

Так как толщина полимера не превосходит нескольких нанометров, его зарядовое состояние, а значит и способность поглощения излучения определённого цвета, меняется очень быстро. В тоже время, свет проходит довольно большое расстояние вдоль поверхности алюминиевой прорези, что увеличивает эффективную «толщину» слоя полимера, обеспечивает глубокие тёмные тона и высокий контраст.

«Эти очень дешевые, яркие и энергоэкономичные микропиксели могут включаться и выключаться за миллисекунды, что делает их перспективными для улучшения качества изображения в будущих поколениях экранов и дисплеев, — заявил Талин. — Нанопрорези улучшают оптический контраст в тонком электрохромном слое с примерно 10% до более 80%».