활성 전기화학적 높음

Nature Communications 13권, 기사 번호: 3391(2022) 이 기사 인용

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디스플레이 애플리케이션에 사용 가능하려면 활성 구조 색상이 전기적으로 조정 가능하고 켜짐/꺼짐 전환이 가능해야 하며 되돌릴 수 있어야 합니다. 그러나 처음 두 기능을 독립적으로 제어하는 ​​것은 광학 상수의 실수부와 허수부를 연결하는 인과성 또는 구조적 변화 중에 필드의 중첩이 변경되기 때문에 어렵습니다. 여기에서는 ΔV < 3V인 Pt 전극의 유전체 격자 슬릿 내부에 Cu를 전기화학적으로 증착하고 용해함으로써 두 기능을 가역적으로 달성하기 위한 별도의 메커니즘을 포함하는 활성 반사 컬러 픽셀을 시연합니다. 슬릿 변화에서 Cu 점유를 통한 모달 간섭 변화 교차 편광 이미징에서 CIE 공간 범위를 최대 72%까지 향상시킵니다. 동일한 픽셀에서 용해된 다공성 Cu에 의한 탈분극 및 흡수는 ~97%의 최대 대비로 색상을 끕니다. 이러한 결과를 활용하여 우리는 반사형 디스플레이 응용 분야의 잠재력을 강조하는 능동형 색상 전환 디스플레이와 개별적으로 주소를 지정할 수 있는 켜기/끄기 픽셀 매트릭스를 시연합니다.

이상적으로는 디스플레이 애플리케이션1,2 또는 광학 가변 장치(OVD)3를 위한 전기적으로 조정 가능한 반사 픽셀은 바이어스 적용 시 넓은 범위에서 색상을 변경하고, 필요할 때 꺼지고, 배경에 대해 높은 대비를 표시하고 가역성을 유지해야 합니다. 단일 구조 색상 디자인으로 처음 두 가지 기준을 제어하는 ​​것은 겉보기에 뚜렷한 메커니즘이 필요하기 때문에 특히 어렵습니다. 활성 색상 조정에는 광학 상수의 실수 부분 변경 또는 순서화된 구조 변화가 필요한 반면, 켜기/끄기 전환에는 흡수를 증가시키고 확장하기 위해 허수 부분의 변경 또는 구조적 장애의 도입이 필요합니다. 광학 상수의 실수 부분과 허수 부분은 인과 관계(예: Kramers-Kronig 관계)로 연결되어 있고 구조적 변화는 필드 간의 결합에 영향을 미치므로 색상 조정에는 필연적으로 강도 변조가 수반되어 색상과 강도의 독립적인 제어가 어렵습니다. 이는 색상 조정과 켜기/끄기 전환이 별도의 메커니즘에 의존해야 한다는 것을 의미하며, 이는 하나의 시스템에 포함하기가 쉽지 않습니다. 둘 중 하나에 초점을 맞춘 연구는 전기 기계적 Mie 구조4 및 전기변색 폴리머5,6,7,8, 액정9,10, 금속 전착11,12,13, 금속-유전체 전기화학 변환14,15과 결합된 플라즈몬 또는 광자 설계에 의존해 왔습니다. , 금속 수소화 및 이온 삽입17,18,19.

장기간의 가역성은 또 다른 중요한 요구 사항입니다. 플라즈몬 색상은 매력적인 장점을 제공하지만 Ag 및 Al과 같은 주력 금속은 쉽게 분해되어 반복적으로 사용하면 색상 안정성이 손상됩니다. Pt와 같이 화학적 안정성이 우수한 다른 금속은 일반적으로 대역 간 전이와 관련된 큰 광학 감쇠 요인으로 인해 기피됩니다. 그럼에도 불구하고, 금속의 광학적 손실에 거의 영향을 받지 않는 생생한 구조적 색상은 각 금속의 1차원(1D) 유전체 격자를 사용하여 달성할 수 있으며, 입력 편광에 대해 45° 회전하고 교차(직교) 편광기를 통해 관찰됩니다. 이러한 교차 편파 방식의 생생한 구조 색상은 플라즈몬 나노와이어 및 Ag25의 유전체 나노픽셀에 대해서도 보고되었습니다. 유전체 1D 격자의 경우 색상은 s-편광(s-pol) 또는 p-편광(p-pol) 공진 파장에 걸쳐 90° 회전된 반사장에 의해 정의됩니다. 금속과 격자 경계면에서 표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)으로 설명되는 p-pol 공명은 Pt와 같이 안정적이지만 손실이 많은 금속에 대해 감쇠됩니다. 이로 인해 일반적으로 Rayleigh-Wood 이상을 특징으로 하는 s-pol 공명이 반사 스펙트럼을 지배하여 이전 보고서에서 관찰된 바와 같이 피크의 날카로운 특성으로 인해 채도가 높은 색상을 생성합니다.