Активный электрохимический высокий

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3391 (2022) Цитировать эту статью

3361 Доступов

7 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Чтобы быть пригодными для применения в дисплеях, активные структурные цвета должны быть электрически настраиваемыми, переключаемыми вкл/выкл и обратимыми. Однако независимое управление первыми двумя функциями затруднено из-за причинно-следственной связи, связывающей действительную и мнимую части оптических констант или изменения перекрытия полей при структурных вариациях. Здесь мы демонстрируем активный отражающий цветной пиксель, который включает в себя отдельные механизмы для обратимого достижения обеих функций путем электрохимического осаждения и растворения Cu внутри щелей диэлектрической решетки на Pt-электроде с ΔV < 3 В. Изменение модальной интерференции посредством изменения содержания Cu в щелях охват пространства CIE до ~ 72% при съемке с кросс-поляризацией. В том же пикселе деполяризация и поглощение растворяющейся пористой медью отключают цвет с максимальной контрастностью ~97%. Используя эти результаты, мы демонстрируем дисплей с активным переключением цвета и индивидуально адресуемую матрицу включения/выключения пикселей, что подчеркивает их потенциал в приложениях с отражающими дисплеями.

В идеале электрически настраиваемые отражающие пиксели для дисплеев1,2 или устройств с оптически изменяющимися параметрами (OVD)3 должны менять цвета в широком диапазоне при приложении смещения, отключаться при необходимости, демонстрировать высокий контраст на фоне и оставаться обратимыми. Контролировать первые два критерия с помощью одного структурного цветового решения особенно сложно, поскольку для этого требуются, казалось бы, разные механизмы. Активная настройка цвета требует изменения действительной части оптических констант или упорядоченного структурного изменения, тогда как включение/выключение требует изменения мнимой части или введения структурного беспорядка для увеличения и расширения поглощения. Поскольку действительная и мнимая части оптической постоянной связаны причинно-следственной связью (т. е. соотношением Крамерса-Кронига), а структурные вариации влияют на связь между полями, настройка цвета неизбежно сопровождается модуляциями интенсивности, что затрудняет независимый контроль цвета и интенсивности. Это говорит о том, что настройка цвета и включение/выключение должны основываться на отдельных механизмах, которые непросто объединить в одной системе. Исследования, сосредоточенные на одном или другом, опирались на электромеханические структуры Ми4, а также плазмонные или фотонные конструкции в сочетании с электрохромными полимерами5,6,7,8, жидкими кристаллами9,10, электроосаждением металлов11,12,13, электрохимическим преобразованием металла в диэлектрик14,15. , гидрирование металлов16 и интеркаляция ионов17,18,19.

Длительная обратимость является еще одним важным требованием. Хотя плазмонные цвета обладают привлекательными достоинствами20,21, «рабочие лошадки» металлов, а именно Ag и Al, легко разлагаются, что ставит под угрозу стабильность цвета при многократном использовании. Использование других металлов с превосходной химической стабильностью, таких как Pt, обычно избегают из-за больших коэффициентов оптического затухания, связанных с межзонными переходами22. Тем не менее, яркие структурные цвета, в значительной степени нечувствительные к оптическим потерям металла, могут быть достигнуты с использованием одномерной (1D) диэлектрической решетки на соответствующем металле, повернутой на 45° против входной поляризации и наблюдаемой через перекрестный (ортогональный) поляризатор23. Сообщалось также о ярких структурных цветах такой кроссполяризованной схемы для плазмонных нанопроволок24 и диэлектрических нанопикселей на Ag25. Для диэлектрической 1D-решетки цвет определяется отраженным полем, повернутым на 90 ° по резонансным длинам волн s-поляризации (s-pol) или p-поляризации (p-pol). Резонанс p-pol, описываемый поверхностным плазмон-поляритоном (SPP) на границе раздела металла и решетки, ослабляется для стабильных, но с потерями металлов, таких как Pt. Это приводит к тому, что резонанс s-pol, обычно характеризующийся аномалией Рэлея-Вуда, доминирует в спектре отражения, что приводит к очень насыщенным цветам из-за резкого характера его пика, как наблюдалось в предыдущих отчетах26,27.