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Película transparente de plata podría cambiar futuro de pantallas flexibles y táctiles

L. Jay Guo, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Michigan, muestra la más delgada, suave capa de plata que puede sobrevivir a la exposición al aire. Guo y su equipo desarrolló la película que podría cambiar la forma en que las pantallas táctiles y planas son hechas. Foto: Joseph Xu / Michigan Ingeniería Multimedia Content Producer, Universidad de Michigan - Facultad de Ingeniería

ANN ARBOR- La más delgada, suave capa de plata que puede sobrevivir a la exposición al aire ha sido desarrollada en la Universidad de Michigan, y podría cambiar la forma en que las pantallas táctiles y planas son hechas.

También podría ayudar a mejorar el rendimiento computacional, afectando tanto la transferencia de información entre un chip de silicio, y el patrón del propio chip a través superlentes de metamateriales.

L. Jay Guo, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Michigan, muestra la lámina de plata que desarrolló con su equipo.
Foto: Joseph Xu / Michigan Ingeniería Multimedia Content Producer, Universidad de Michigan – Facultad de Ingeniería

Mediante la combinación de la plata con un poco de aluminio, los investigadores de la U-M encontraron que era posible producir capas excepcionalmente delgadas, lisas de plata que son resistentes a las manchas. Se aplicó un revestimiento anti-reflectante para hacer una capa delgada de metal de hasta 92,4 por ciento de transparencia.

El equipo demostró que el recubrimiento de plata puede guiar la luz alrededor de 10 veces más lejos que otras guías de onda metálicas –propiedad que podría hacerlo útil para la computación más rápida. Y, poniendo las películas de plata en capas para formar un hiperlente de metamateriales, éste podría ser usado para crear patrones densos en un tamaño equivalente a una fracción de lo que es posible, por ejemplo, con métodos ordinarios ultravioleta en chips de silicio.

Las pantallas de todo tipo necesitan electrodos transparentes para controlar qué píxeles se iluminan, pero las pantallas táctiles son particularmente dependientes de ellos. Una pantalla táctil moderna está hecha de una capa conductora transparente cubierta con una capa no conductora. Detecta cambios eléctricos donde un objeto conductor -como un dedo- prensa contra la pantalla.

Jay L. Guo, profesor de ingeniería eléctrica e informática, dijo que hasta hoy el mercado de los conductores transparentes ha estado dominado por un solo material, el  óxido de indio y estaño, que será más caro a medida que la demanda por pantallas táctiles sigue creciendo. Además, hay relativamente pocas fuentes conocidas del material.

“Antes, era muy barato. Ahora, el precio está aumentando drásticamente”, dijo.

La película ultrafina de plata podría ser un digno sucesor.

Por lo general, es imposible hacer una capa continua de plata de menos de 15 nanómetros de espesor, o aproximadamente 100 átomos de plata. La plata tiene la tendencia a agruparse en las islas pequeñas en lugar de extenderse en una capa uniforme.

Añadiendo un 6 por ciento de aluminio, los investigadores hicieron que el metal formara una película de menos de la mitad de espesor: 7 nanómetros. Aún más, cuando fue expuesta al aire, la película no se empañó inmediatamente como lo hace la plata pura. Después de varios meses, la película mantuvo sus propiedades conductoras y transparencia. Y se adhirió firmemente, mientras que la plata pura se desprende del vidrio con cinta adhesiva.

Además de su potencial para servir como conductor transparente para pantallas táctiles, las películas delgadas de plata ofrecen dos trucos más, ambos relacionados con la capacidad de la plata de transportar ondas de luz visible e infrarroja a lo largo de su superficie. Las ondas de luz se encogen y viajan como plasmones superficiales, y se muestran como oscilaciones en la concentración de electrones en la superficie de la plata.

Esas oscilaciones codifican la frecuencia de la luz, conservándola de modo que pueda surgir en el otro lado. Mientras que las fibras ópticas no pueden encogerse  al tamaño de los alambres de cobre en en los chips de computadoras de hoy en día, la guías de onda plasmónica podrían permitir que la información viajara en forma óptica en lugar de viajar de forma electrónica, haciendo la transferencia de datos más rápida. Como una guía de onda, la película de plata lisa podría transportar los plasmones de superficie más de un centímetro-lo suficiente para sobrevivir dentro de un chip de computadora.

La capacidad plasmónica de la película de plata también se puede aprovechar en metamateriales, que manejan la luz en formas que rompen las reglas habituales de la óptica. Debido a que la luz viaja con una longitud de onda mucho más corta a medida que se mueve a lo largo de la superficie del metal, la película actúa como un superlente. O, para distinguir características aún más pequeñas, las capas de plata delgadas se pueden alternar con un material dieléctrico, como el vidrio, para hacer un hiperlente.

Dichos lentes pueden crear imágenes de objetos que son más pequeños que la longitud de onda de la luz, lo que se desenfocaría en un microscopio óptico. También permitiría hacer patrones láser como los utilizados para grabar transistores en los chips de silicio.

El primer autor es Cheng Zhang, un reciente graduado de doctorado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de la Universidad de Michigan quien ahora trabaja como investigador postdoctoral en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología.

Un artículo sobre esta investigación, titulado”High-performance Doped Silver Films: Overcoming Fundamental Material Limits for Nanophotonic Applications”  fue publicado en Advanced Materials. El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y el Instituto de Innovación Colaborativa de Beijing. La U-M ha solicitado una patente y está buscando socios para llevar la tecnología a mercado.

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