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May 27, 2023

Monitores de metasuperfície ultrafina miram no LCD

Atualmente, as telas LCD são a tecnologia de exibição mais dominante e popular para

Atualmente, as telas LCD são a tecnologia de exibição mais dominante e popular para televisores e monitores, mas é improvável que melhorem significativamente no futuro. Agora, um novo estudo descobriu que o tipo de física que torna possíveis as "capas da invisibilidade" microscópicas pode levar a uma "metasuperfície" de última geração com aproximadamente 1/100 da espessura do cabelo humano médio que poderia oferecer 10 vezes a resolução e consumir metade disso energia como telas LCD.

A tecnologia LCD depende de células de cristal líquido que são constantemente iluminadas por uma luz de fundo. Os polarizadores na frente e atrás dos pixels filtram as ondas de luz com base em sua polaridade ou na direção em que vibram, e as células de cristal líquido podem girar da maneira como esses filtros são orientados para ativar e desativar as transmissões de luz.

As telas LCD continuam a ver avanços melhorando os cristais líquidos, a tecnologia de exibição ou a luz de fundo. "No entanto, as melhorias nas tecnologias de LCD agora são apenas incrementais", diz Eric Virey, analista sênior de telas da empresa de pesquisa de mercado Yole Intelligence em Lyon, França.

O protótipo de dispositivo de quatro pixels pode alternar sua transmissão de luz com menos de 5 volts em apenas 625 microssegundos - o que se traduziria em mais de 1.000 quadros por segundo.

Uma possibilidade que os cientistas estão explorando para os monitores de tela plana da próxima geração são as metasuperfícies, que são projetadas para possuir recursos geralmente não encontrados na natureza, como a capacidade de dobrar a luz de maneiras inesperadas. Pesquisas sobre metasuperfícies e outros metamateriais levaram a mantos de invisibilidade que podem esconder objetos da luz, som, calor e outros tipos de ondas, entre outras descobertas.

Os metamateriais ópticos, que são projetados para manipular a luz, contêm estruturas com padrões repetidos em escalas menores que os comprimentos de onda da luz que eles influenciam. No entanto, suas estruturas são tipicamente estáticas. Isso é um obstáculo para muitos aplicativos que exigem propriedades ópticas mutáveis, como monitores.

Pesquisas anteriores investigaram várias maneiras diferentes de ajustar eletricamente as propriedades da metasuperfície. No entanto, até agora, nenhuma dessas abordagens poderia permitir simultaneamente ajustes rápidos, grandes, transparentes e de estado sólido, necessários para uso em monitores e lidars.

Em um novo estudo, no entanto, os pesquisadores experimentaram metasuperfícies eletricamente ajustáveis ​​compatíveis com técnicas de produção CMOS padrão. Estes dependem do grande efeito termo-óptico do silício - ou seja, uma mudança na temperatura pode alterar significativamente as propriedades ópticas do silício.

"Nossos pixels de metasuperfície são compatíveis com as atuais tecnologias de fabricação de chips de silício, que mantêm os custos de produção baixos", diz o co-autor do estudo Mohsen Rahmani, professor de engenharia da Nottingham Trent University, na Inglaterra.

O núcleo do novo dispositivo totalmente em estado sólido consiste em uma metasuperfície de silício – especificamente, um filme de 155 nanômetros de espessura com orifícios de 78 a 101 nm de largura dispostos em uma matriz precisa dentro dele. Essa metasuperfície é encapsulada por tiras transparentes de óxido de índio e estanho eletricamente condutoras de 380 nanômetros de espessura que podem servir como aquecedores acionados eletricamente.

"Uma das direções importantes no campo das metasuperfícies é a necessidade de reconfigurabilidade", diz o engenheiro elétrico Andrea Alù, do City University of New York Graduate Center, que não participou desta pesquisa. Este novo trabalho “permite uma maneira rápida, eficiente e compacta de ajustar a resposta de metasuperfícies, o que avança no campo”.

"Não há necessidade de investimentos significativos em novas linhas de produção para integrar essa tecnologia." —Mohsen Rahmani, Nottingham Trent University

O protótipo de dispositivo de quatro pixels pode alternar a quantidade de luz visível e infravermelha próxima transmitida por nove vezes com menos de 5 volts em apenas 625 microssegundos - o que, sem levar em consideração outros fatores, pelo menos, se traduziria em 1.600 quadros por segundo. A tecnologia, em outras palavras, tem uma taxa de quadros mais de 10 vezes mais rápida que a do vídeo atual. Os pesquisadores detalharam suas descobertas online em 22 de fevereiro na revista Light: Science & Applications.