Nanobeschichtung für mehrere Farben

Optische Beschichtungen
Die überwiegende Mehrheit der wissenschaftlichen und industriellen Optiken ist dünnschichtig beschichtet, um Geisterbilder, Rückreflexionen, Sicherheitsrisiken oder die Zerstörung teurer Geräte zu vermeiden. Aber durch eine Dünnfilmbeschichtung können kritische Eigenschaften in die Optik eingebracht werden, die sie verwendet. Herkömmliche dielektrische optische Beschichtungen, die eine Schlüsselkomponente fast jeder optischen Vorrichtung sind, bestehen typischerweise aus Schichten aus transparentem Material, wobei jede Schicht eine Dicke von mindestens einer viertel Wellenlänge des Lichts hat.
Nanobeschichtung
Forscher der Harvard University haben eine optische Beschichtung hergestellt, die ihre Farbe ändern kann, wenn ihre Dicke um weniger als 20 nm variiert wird. Durch Änderung der Dicke kann die Farbe der Metalloberflächen an die gewünschte Farbe angepasst werden.
Die neuen ultradünnen optischen Beschichtungen sind nanometerdicke und nahezu opake, stark lichtabsorbierende dielektrische Materialien wie Halbleiter. Durch Hinzufügen einer 7-nm-Schicht Germanium auf die Oberfläche einer Goldprobe kann ihre Farbe von Gold zu Pink geändert werden. Durch weitere Zugabe einer weiteren 4 nm-Schicht wird sie violett, und weitere 4 nm färbt die Beschichtung immer noch dunkelblau.
Phänomen
Die Farben erscheinen so aufgrund der Interferenz von Lichtwellen, wenn sie die lichtabsorbierende Germaniumbeschichtung darunter passieren und dann wieder nach oben reflektieren. Einige Wellenlängen von einfallendem und reflektiertem Licht interferieren konstruktiv miteinander und werden „verstärkt“, während andere destruktiv interferieren und absorbiert werden. Laut Forschern reicht ein Unterschied von nur wenigen Atomen in der Schichtdicke aus, um die dramatischen Farbverschiebungen zu erzeugen. Durch Ändern der Dicke der Filme werden die Interferenzbedingungen geändert und können somit steuern, welche Wellenlängen reflektiert und welche absorbiert werden in der dünnen Schicht, um die Farbe der Beschichtung zu ändern. Die Forscher haben auch schon versucht, die Germanium-Beschichtung auf eine silberne Oberfläche aufzubringen, die dann bei bestimmten Dicken sowie in verschiedenen Pastellfarben goldfarben erscheint. Der Beschichtungsprozess ist ziemlich einfach und umfasst standardmäßige Lithographie- und physikalische Gasphasenabscheidungstechniken.
Anwendungen
Die Technologie hat potenzielle Anwendungen, beispielsweise um brillante Farben zu erzeugen. Das Farbwechselphänomen kann verwendet werden, um farbigen, hübschen Schmuck herzustellen. Auch eine andere Vielzahl technologisch fortschrittlicher Geräte, Geräteanwendungen, die lichtabsorbierende Halbleiterschichten verwenden, einschließlich ultradünner Lichtdetektoren und -filter, Displays, Modulatoren und sogar Solarzellen, können von dieser Technik Gebrauch machen.