Alto eletroquímico ativo

Jul 29, 2023

Nature Communications volume 13, número do artigo: 3391 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Para serem viáveis ​​para aplicações de exibição, as cores estruturais ativas devem ser eletricamente ajustáveis, comutáveis ​​para ligar/desligar e reversíveis. O controle independente das duas primeiras funções, no entanto, é difícil devido à causalidade que liga as partes reais e imaginárias das constantes ópticas ou à mudança na sobreposição de campos durante variações estruturais. Aqui, demonstramos um pixel colorido reflexivo ativo que abrange mecanismos separados para atingir ambas as funções de forma reversível, depositando e dissolvendo eletroquimicamente Cu dentro das fendas da grade dielétrica em um eletrodo de Pt com ΔV <3 V. Variando a interferência modal via ocupação de Cu nas mudanças das fendas a cobertura do espaço CIE em até ~72% sob imagens de polarização cruzada. No mesmo pixel, a despolarização e a absorção pelo Cu poroso em dissolução desligam a cor com um contraste máximo de ~97%. Explorando esses resultados, demonstramos um display com troca de cores ativa e uma matriz de pixels liga/desliga endereçável individualmente que destaca seu potencial em aplicações de display reflexivo.

Idealmente, pixels reflexivos eletricamente ajustáveis ​​para aplicações de exibição1,2 ou dispositivos opticamente variáveis ​​(OVDs)3 devem mudar de cores em uma ampla faixa mediante polarização aplicada, desligar quando necessário, exibir alto contraste contra o fundo e permanecer reversíveis. Controlar os dois primeiros critérios com um único design de cor estrutural é particularmente desafiador porque exigem mecanismos aparentemente distintos. A sintonia ativa de cores requer uma mudança na parte real das constantes ópticas ou uma variação estrutural ordenada, enquanto a comutação liga/desliga exige uma mudança na parte imaginária ou a introdução de desordem estrutural para aumentar e ampliar a absorção. Como as partes reais e imaginárias da constante óptica estão ligadas pela causalidade (isto é, relação Kramers-Kronig) e as variações estruturais afetam o acoplamento entre os campos, o ajuste de cores é inevitavelmente acompanhado por modulações de intensidade, desafiando o controle independente de cor e intensidade. Isto sugere que o ajuste de cores e a comutação liga/desliga devem depender de mecanismos separados, que não são fáceis de englobar em um sistema. Estudos focados em um ou outro se basearam em estruturas eletromecânicas de Mie4 e designs plasmônicos ou fotônicos emparelhados com polímeros eletrocrômicos5,6,7,8, cristais líquidos9,10, eletrodeposição de metal11,12,13, conversão eletroquímica de metal em dielétrico14,15 , hidrogenação de metais16 e intercalação iônica17,18,19.

A reversibilidade prolongada é outro requisito importante. Embora as cores plasmônicas ofereçam méritos atraentes , os metais pesados, nomeadamente Ag e Al, são facilmente degradados, comprometendo a estabilidade da cor com o uso repetido. Outros metais com estabilidade química superior, como a Pt, são geralmente evitados devido aos grandes fatores de amortecimento óptico associados às transições entre bandas . No entanto, cores estruturais vibrantes, em grande parte insensíveis à perda óptica do metal, são obtidas usando uma grade dielétrica unidimensional (1D) no respectivo metal, girada 45° contra a polarização de entrada e observada através de um polarizador cruzado (ortogonal) . Cores estruturais vibrantes de tal esquema de polarização cruzada também foram relatadas para nanofios plasmônicos e nanopixels dielétricos em Ag25. Para a rede dielétrica 1D, a cor é definida pelo campo refletido girado 90° através dos comprimentos de onda de ressonância polarizados s (s-pol) ou polarizados p (p-pol). A ressonância p-pol, descrita pelo polariton plasmônico de superfície (SPP) na interface metal e grade, é atenuada para metais estáveis, mas com perdas, como Pt. Isto deixa a ressonância s-pol, geralmente caracterizada pela anomalia de Rayleigh-Wood, dominando o espectro de reflexão, resultando em cores altamente saturadas devido à natureza nítida do seu pico, como foi observado em relatórios anteriores .