کوچک‌ترین پیکسل نوری جهان ساخته شد

فیزیک‌دانان دانشگاه Julius-Maximilians در شهر وورتسبورگ آلمان موفق شده‌اند کوچک‌ترین پیکسل نوری جهان را بسازند.

به گزارش تک‌ناک، این نوآوری، نتیجه‌ سال‌ها پژوهش در زمینه‌ نانوفوتونیک و مواد آلی نورافشان است و می‌تواند محدودیت‌های فیزیکی موجود در فناوری‌های OLED را پشت سر بگذارد و آینده‌ نمایشگرهای فوق‌کوچک و عینک‌های هوشمند را متحول کند.

پیکسل جدید ساخته‌شده توسط این گروه، تنها ۳۰۰ در ۳۰۰ نانومتر اندازه دارد؛ رقمی که بسیار کوچک‌تر از قطر یک موی انسان است. برای مقایسه، یک پیکسل معمولی در نمایشگرهای OLED ابعادی حدود ۵ در ۵ میکرومتر دارد، اما این نانوپیکسل تازه ساخته‌شده توانسته است با همان میزان روشنایی عمل کند. این یعنی در آینده می‌توان یک نمایشگر Full HD را تنها در مساحتی کمتر از یک میلی‌متر مربع جا داد؛ موضوعی که تاکنون غیرممکن به‌نظر می‌رسید. چنین فشردگی‌ زمینه‌ساز تولید نمایشگرهایی خواهد بود که روی عینک‌های هوشمند یا حتی درون لنزهای تماسی قرار می‌گیرند و تصاویر را به صورت مستقیم به چشم کاربر می‌تابانند.

پیش از این، کوچک‌سازی نمایشگرها با یک محدودیت بنیادی روبه‌رو بود. در فناوری OLED، هر پیکسل از ترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها در لایه‌ای آلی، نور تولید می‌کند و به نور پس‌زمینه نیاز ندارد. همین ویژگی باعث شده است که OLEDها تصویری با رنگ‌های زنده، مشکی عمیق و مصرف انرژی پایین ارائه دهند. اما مشکل اینجا بود که پیکسل‌های نورافشان نمی‌توانستند کوچک‌تر از طول موج نوری باشند که ساطع می‌کنند. این محدودیت فیزیکی سبب می‌شد تلاش‌ها برای ساخت OLEDهای بسیار کوچک، اغلب باعث نمایشگرهایی با روشنایی پایین یا پایداری ضعیف شود.

تیم وورتسبورگ با به‌کارگیری آنتن‌های نوری توانست این مانع را دور بزند. آنها با طراحی نوعی تماس فلزی ویژه، جریان الکتریکی را به صورت مستقیم به یک دیود نورافشان آلی تزریق کردند و هم‌زمان، نور تولیدشده را تقویت و منتشر نمودند و کوچک‌ترین پیکسل نوری جهان را ساختند.

به گفته‌ برت هشت، سرپرست این پروژه، آنها موفق شدند پیکسلی برای نور نارنجی ایجاد کنند که با وجود ابعاد نانومتری، درخششی برابر با پیکسل‌های متداول دارد. او توضیح داد که این موفقیت، ترکیبی از طراحی دقیق آنتن نوری و کنترل دقیق جریان‌های الکتریکی در مقیاس نانو است.

با وجود این، دستیابی به چنین ساختاری بدون چالش نبوده است. آنتن مورد استفاده از مکعبی طلایی به اندازه‌ ۳۰۰ در ۳۰۰ در ۵۰ نانومتر تشکیل شده بود، اما هنگام عبور جریان، انرژی در گوشه‌های این ساختار متمرکز می‌شد و خطر اتصال کوتاه بالا می‌رفت. پژوهشگران برای رفع این مشکل، لایه‌ای عایق روی آنتن اضافه کردند و تنها یک حفره‌ دایره‌ای به قطر ۲۰۰ نانومتر در مرکز آن باقی گذاشتند تا جریان به‌ صورت یکنواخت از وسط عبور کند. این تغییر باعث شد که پیکسل عملکرد پایداری داشته باشد و از آسیب ناشی از جریان‌های غیرمتقارن جلوگیری شود. به گفته‌ هشت، حتی نخستین نانوپیکسل‌ها نیز توانستند تا دو هفته در شرایط عادی و بدون خرابی کار کنند، که نشان‌دهنده‌ پایداری چشمگیر آنها در مقیاس نانو است.

در حال حاضر، بازدهی این پیکسل‌ها حدود یک درصد اعلام شده است، اما تیم تحقیقاتی در تلاش است تا با اصلاح مواد آلی و طراحی بهتر آنتن‌ها، این میزان را افزایش دهد و رنگ‌های بیشتری از جمله قرمز، سبز و آبی (RGB) را پوشش دهد. دستیابی به این هدف به معنای امکان ساخت نمایشگرهای تمام‌رنگ در ابعاد میکروسکوپی است. چنین نمایشگرهایی می‌توانند در آینده‌ نزدیک در محصولات پوشیدنی مانند: ساعت‌ها، لنزهای هوشمند و عینک‌های واقعیت افزوده استفاده شوند.

برت هشت در پایان این پژوهش تأکید کرده است که نمایشگرها و پروژکتورهای آینده می‌توانند آن‌قدر کوچک شوند که تقریباً نامرئی درون وسایل پوشیدنی قرار گیرند. او معتقد است که این فناوری راه را برای نسل جدیدی از ابزارهای دیجیتال باز می‌کند که در زندگی روزمره ادغام می‌شوند، بدون آنکه قابل مشاهده باشند.

به این ترتیب، کوچک‌ترین پیکسل نوری جهان ساخته‌شده در وورتسبورگ نه تنها یک دستاورد علمی در حوزه‌ اپتوالکترونیک محسوب می‌شود، بلکه می‌تواند نقطه‌ آغاز تحولی بزرگ در طراحی عینک‌های هوشمند، نمایشگرهای پزشکی و سیستم‌های واقعیت افزوده و مجازی باشد. این موفقیت گامی مهم در جهت کوچک‌سازی و هوشمندسازی فناوری‌های بصری است؛ حرکتی که ممکن است در آینده نزدیک، مفهوم نمایشگر را برای همیشه دگرگون کند.

نوشته کوچک‌ترین پیکسل نوری جهان ساخته شد اولین بار در Technoc. پدیدار شد.