Only Perception: 金屬奈米粒子閃耀自訂顏色

2012-02-24

金屬奈米粒子閃耀自訂顏色

Metal nanoparticles shine with customizable color
http://www.physorg.com/news/2012-02-metal-nanoparticles-customizable.html

February 23, 2012

哈佛的工程師展示一種新的可調式色彩過濾器（color filter，彩色濾光片），使用光學奈米天線（nanoantennas）達成對顏色輸出的精確控制。

傳統的彩色濾光片只能產生一種固定色彩，然而一個暴露在不同類型光線下的單一主動濾波器（active filter）卻能產生一系列顏色。

這種優勢在電視以及生物成像的應用中有其潛力，甚至有可能被用來創造標記貨幣的隱形安全標籤。這些發現出現在二月號的 Nano Letters 上。

Kenneth Crozier，哈佛工程與應用科學系（SEAS）電機工程副教授，等人改造了金屬奈米粒子的形狀，故其所顯現的顏色與照亮它們的光線的偏振密切相關。奈米粒子可被視為一種天線 -- 類似無線通訊所用的天線 -- 但其規模非常小，而且在可見光頻率下運作。

"由於奈米科技中的進展，我們能精確控制光學奈米天線的形狀，所以我們能調整它們，使其在不同的顏色與不同的偏振下，做出不同的反應，" 共同作者 Tal Ellenbogen 表示，SEAS 博士後研就者。"據此，我們設計了一款新的可調式色彩過濾器。"

在今日電視與監視器中被用來創造顏色的傳統 RGB 濾光片，有一固定的輸出顏色（紅、綠或藍）並透過混色（blending）創造出一種更廣泛的色盤。相較之下，奈米天線過濾器的每一個像素都是動態的，且當偏振改變時能產生不同的顏色。

研究者將這些過濾器封為「色電漿子偏振器（chromatic plasmonic polarizers，CPP）」，因為它們能創造出具均勻色彩的像素，或複雜的圖案，其顏色是位址的函數，會不斷變化。

為了證明這種技術的能力，縮寫字 LSP（localized surface plasmon，局部表面電漿）被創造出來（譯註：請參考原站附圖）。對於非偏振光或是已在 45 度偏振的光，這些字母都是隱形的（灰疊灰）。在 90 度的偏振光下，字母呈現出鮮明的黃，還有藍色的背景，在 0 度時，配色顛倒了。藉由旋轉入射光的偏振，字母會變色，從黃變藍。

"關於這項研究，有點不尋常的地方在於，我們有個會依偏振而產生反應的色彩過濾器，" Crozier 說。

研究者們展望數種不同的應用：功能性地使用顏色，在顯示器或相機中呈現不同的顏色；為了生醫成像在組織中展現偏振效應，以及將此技術整合到標籤或紙張裡，以產生安全標籤，能用來標記金錢或其他物體。

雖然要從當前組裝好的樣本看見色彩效應，需經放大，不過大規模的奈米列印技術可用來產生大到足以用肉眼看見的樣本。例如，為了建造一台電視，使用奈米天線的話將需要大量先進工法，不過 Crozier 與 Ellenbogen 表示，那完全可行。

Crozier 相信這個最新的進展，有一部分，採用了生物學的方法來對付顏色產生的問題。

Ellenbogen（諷刺的是，他是色盲）先前研究過視覺皮質的計算模型並且把這樣的知識帶到實驗室。

"色電漿子偏振器結合二種結構，每種都有不一樣的光譜響應，而人眼可將這二種光譜響應的混合視為顏色，" Crozier 說。

"我們通常會問，就光譜而論，反應是什麼，而不是就眼睛而論，反應是什麼" Ellenbogen 補充。

※ 相關報導：

＊ Chromatic Plasmonic Polarizers for Active Visible Color Filtering and Polarimetry
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl204257g