28 sep 2020

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Un chip que imita al cerebro crea pantallas en tecnicolor

Un chip neuromórfico que imita al cerebro humano consigue colores vívidos de ocho tonalidades sin necesidad de tintes, revolucionando las tecnologías de visualización.

El Periódico

Un chip que imita al cerebro crea pantallas en tecnicolor

Investigadores surcoreanos han creado un chip semiconductor siguiendo el modelo del cerebro humano y conseguido colores vívidos de ocho tonalidades que permiten reproducir en una pantalla los objetos en tecnicolor.

Las tecnologías de visualización se basan en la coloración estructural, que consigue la producción de color mediante superficies microscópicamente estructuradas lo suficientemente finas como para interferir con la luz.

La coloración estructural no se desvanece, no utiliza tintes, y permite pantallas de bajo consumo sin una fuente de luz externa fuerte. Sin embargo, la desventaja es que, una vez que se fabrica un dispositivo, es imposible cambiar sus propiedades, por lo que los colores siempre permanecen fijos.

Para superar esta limitación, el equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), dirigido por el profesor Junsuk Rho, desarrolló una tecnología que puede cambiar libremente los colores estructurales de cualquier dispositivo.

Dimensiones nanométricas

Para conseguirlo, utilizó IGZO (Indium-Galium-Zinc-Oxide), un semiconductor de óxido con un panel de visualización que consta de indio, galio, zinc y óxido.

IGZO se usa ampliamente no solo en pantallas flexibles, sino también en dispositivos electrónicos que imitan al sistema nervioso (neuromórficos): paralelizan grandes datos, lo que permite computación, razonamiento y aprendizaje complejos con poca potencia.

Este es el primer estudio que incorpora IGZO a estructuras de dimensiones nanométricas (nanópticas): puede controlar libremente la concentración de carga dentro de una capa de color a través del proceso de tratamiento con plasma de hidrógeno, controlando así el índice de refracción en todos los rangos de luz visible.

Además, las simulaciones y experimentos nanópticos han confirmado que con este tecnología el coeficiente de extinción de la luz visible es cercano a cero, lo que permite la actualización de un filtro de color que puede transmitir colores excepcionalmente claros con una pérdida de luz extremadamente baja.

Cuatro capas

La tecnología de filtro de color basada en IGZO consiste en una serie de 4 capas (Ag-IGZO-SiO2-Ag) y puede transmitir colores vivos utilizando las propiedades de resonancia de Fabry-Perot, un interferómetro recurrente en telecomunicaciones, láseres y espectroscopia de control y medida de longitudes de onda.

La resonancia Fabry-Perot se produce cuando múltiples longitudes de onda ingresan a un filtro: generan múltiples interferencias en un espacio particular para transmitir solo ciertas longitudes de onda y reflejar las otras para seleccionar únicamente los datos deseados.

Los experimentos han confirmado que, a medida que aumenta la concentración de carga de la capa IGZO, el índice de refracción de la luz disminuye, lo que puede cambiar las propiedades de resonancia de la luz que se transmite selectivamente.

Este método de diseño se puede aplicar no solo a los filtros de color para pantallas a gran escala, sino también a la técnica de impresión en color de tamaños micro o nanométricos.

Tecnología de pixel

Para testar este chip, el equipo se valió de una tecnología de impresión en color que tiene el tamaño de píxel de un micrómetro (¿m, una millonésima parte de un metro).

Los resultados demostraron que los colores de los píxeles de color del tamaño de un centímetro o un micrómetro se pueden ajustar libremente, dependiendo de la concentración de carga de la capa IGZO. Toda una revolución respecto a la coloración estructural.

También confirmó que el color estructural se puede cambiar de manera más confiable y rápida cambiando el índice de refracción a través de la concentración de carga, en comparación con otros materiales variables convencionales de estado sólido.

Tecnologías antisabotaje

¿Esta investigación es la primera aplicación de IGZO a la tecnología de visualización en color estructural nanoóptica. IGZO es el semiconductor de óxido de última generación que se utiliza en pantallas flexibles y dispositivos electrónicos neuromórficos¿, señala el profesor Rho, que dirigió la investigación, en un comunicado.

Y añade: «Se prevé que este chip, que permite filtrar la luz transmitida ajustando la concentración de carga, se pueda aplicar a la pantalla reflectante de baja potencia de próxima generación e incluso a las tecnologías contra el sabotaje».

Referencia

Structural color switching with a doped indium-gallium-zinc-oxide semiconductor. Inki Kim et al. Photonics Research Vol. 8, Issue 9, pp. 1409-1415 (2020). DOI:https://doi.org/10.1364/PRJ.395749