Hunter
Elérte végső felbontását a színes nyomtatás
Elérték a lehető legmagasabb képfelbontást, megközelítőleg 100.000 dpi-t (dot per inch), mindezt színesben egy olyan nyomtatási módszerrel, ami parányi, nanoméretű "pilléreket" alkalmaz a pixelekhez. A Nature Nanotechnology-ban leírt módszert apró vízjelek és egyéb biztonsági célokra használhatják, valamint nagy sűrűségű adattároló lemezek is készíthetők vele.
Az ultra-felbontású képek minden egyes pixele négy nanoméretű pilléren áll, amiken ezüst- és arany-nanokorongok helyezkednek el. A pixelek színe a korongok átmérőjének, szerkezetének és térközeinek váltogatásával szabályozható. A szingapúri Tudományos, Műszaki és Kutató Ügynökség (A*STAR) kutatói ennek az úgynevezett strukturális színeffektusnak az alkalmazásával megalkották a színek teljes skáláját. Az elv bizonyításaként kinyomtatták a "Lena" tesztkép, egy színekben gazdag női portré 50x50 mikrométeres változatát.
Joel Yang, az A*STAR anyagtudósa, a tanulmány vezetője akkor észlelte először a hatást, amikor egy fénymikroszkóp alatt fém nanorészecskéket tanulmányozott. "Láttuk, hogy képesek volnánk a színek kontrollálására a vöröstől a kékig, pusztán a részecskék méretének szabályzásával" - mondta.
Egy adott fém nanoszerkezet méretétől függően a fény egy adott hullámhosszán rezeg - hasonlóan a gitárhúrhoz, ami a hosszától függően rezeg egy-egy adott frekvencián. A megfelelő hullámhosszon a fény rezgésre készteti a fém nanoszerkezet felszínén elhelyezkedő elektronokat, meghatározva a szerkezet által visszavert színt. Ez az úgynevezett plazmon rezonancia jól ismert a fizikában, azonban Yang volt az első, aki ezt a nagy felbontású színes nyomtatás szolgálatába állította, magyarázta Jay Guo, a Michigan Egyetem mérnöke, aki nem vett részt a kutatásban.
A Lena képhez a kutatók először elektronsugaras litográfiát alkalmaztak, hogy felvigyék az alapul szolgáló szilíciumostyára egy szigetelő anyagból készült pillér tömböket. Ezután fém-nanokorongokat ülepítettek a pillérekre és bevonták az ostya felületét fémmel, ez veri vissza a fényt, élénkké téve a kép színeit. "A színek egyszerre jelentek meg, miután felvittük a fémet" - mondta Yang.
Yang strukturált színezésű képeinek felbontása megközelítőleg 100.000 dpi. Összehasonlításként a tintasugaras- és lézernyomtatók mikrométeres tintapöttyöket generálnak, felbontásuk ezért 10.000 dpi környékén maximalizálódik. Ha Yang képeit az emberi szem számára is látható területen készítenék el, akkor "nagyobbnak tűnne a felbontásuk, mint a nagy felbontás" - mondta Teri Odom, az amerikai Northwestern Egyetem kémikusa, hozzátéve, hogy még a tökéletes látású emberek sem képesek észlelni a 20-30 mikrométernél kisebb objektumokat.
Az optikai képeknek a legjobb mikroszkóp alatt is van egy végső felbontási határuk, amit Yang módszere most elért. Amikor két objektum túl közel helyezkedik el egymáshoz a róluk visszaverődő fény elhajlik - diffrakció lép fel-, és a két objektum összemosódik. Ez a hatás, amit diffrakciós határnak neveznek, akkor következik be, amikor a két objektum közötti távolság már kisebb a megjelenítéshez használt fény hullámhosszának a felénél. A színspektrum közepén elhelyezkedő hullámhossz körülbelül 500 nanométer. Ez azt jelenti, hogy egy nyomtatott kép pixelei nem helyezkedhetnek 250 nanométernél közelebb egymáshoz, anélkül hogy elmosódottnak tűnnének. Yang képein a pixelek pontosan ekkora távolságban helyezkednek el egymástól.
A strukturális színnek a felbontáson kívül van még egy előnye, a képstabilitás. A fém és a szigetelő anyagok rendkívül tartóssá teszik az így készült képeket. "Nem fakulnak meg az idővel, ellentétben a szerves festékekkel" - mondta Guo.
Yang elmondása szerint jelenleg egyfajta prégelő módszeren dolgoznak, ami megkönnyítené a pillérek nagyobb felületekre, illetve más anyagokra nyomtatását, a demonstrációnál alkalmazott elektronsugaras technika nagy felületeknél ugyanis már túl lassú.
A kutatók szabadalmat nyújtottak be nyomtatási módszerükre és bíznak benne, hogy mikroképeiket nanoméretű vízjeleknél vagy kriptográfiai alkalmazásoknál kamatoztathatják. A színes foltok egymáshoz egészen kis távolságokban történő nyomtatása ultra-sűrű optikai adatok lemezekre kódolására is használható lehet, hasonlóan a DVD-hez. Mivel ezeket a képeket nem lehet újraírni, ugyanakkor rendkívül tartósak, nagy érdeklődésre tarthatnak számot az archiválási technikák világában.
Az ultra-felbontású képek minden egyes pixele négy nanoméretű pilléren áll, amiken ezüst- és arany-nanokorongok helyezkednek el. A pixelek színe a korongok átmérőjének, szerkezetének és térközeinek váltogatásával szabályozható. A szingapúri Tudományos, Műszaki és Kutató Ügynökség (A*STAR) kutatói ennek az úgynevezett strukturális színeffektusnak az alkalmazásával megalkották a színek teljes skáláját. Az elv bizonyításaként kinyomtatták a "Lena" tesztkép, egy színekben gazdag női portré 50x50 mikrométeres változatát.
 Dr. Yang |
Egy adott fém nanoszerkezet méretétől függően a fény egy adott hullámhosszán rezeg - hasonlóan a gitárhúrhoz, ami a hosszától függően rezeg egy-egy adott frekvencián. A megfelelő hullámhosszon a fény rezgésre készteti a fém nanoszerkezet felszínén elhelyezkedő elektronokat, meghatározva a szerkezet által visszavert színt. Ez az úgynevezett plazmon rezonancia jól ismert a fizikában, azonban Yang volt az első, aki ezt a nagy felbontású színes nyomtatás szolgálatába állította, magyarázta Jay Guo, a Michigan Egyetem mérnöke, aki nem vett részt a kutatásban.
A Lena képhez a kutatók először elektronsugaras litográfiát alkalmaztak, hogy felvigyék az alapul szolgáló szilíciumostyára egy szigetelő anyagból készült pillér tömböket. Ezután fém-nanokorongokat ülepítettek a pillérekre és bevonták az ostya felületét fémmel, ez veri vissza a fényt, élénkké téve a kép színeit. "A színek egyszerre jelentek meg, miután felvittük a fémet" - mondta Yang.
Yang strukturált színezésű képeinek felbontása megközelítőleg 100.000 dpi. Összehasonlításként a tintasugaras- és lézernyomtatók mikrométeres tintapöttyöket generálnak, felbontásuk ezért 10.000 dpi környékén maximalizálódik. Ha Yang képeit az emberi szem számára is látható területen készítenék el, akkor "nagyobbnak tűnne a felbontásuk, mint a nagy felbontás" - mondta Teri Odom, az amerikai Northwestern Egyetem kémikusa, hozzátéve, hogy még a tökéletes látású emberek sem képesek észlelni a 20-30 mikrométernél kisebb objektumokat.
Az optikai képeknek a legjobb mikroszkóp alatt is van egy végső felbontási határuk, amit Yang módszere most elért. Amikor két objektum túl közel helyezkedik el egymáshoz a róluk visszaverődő fény elhajlik - diffrakció lép fel-, és a két objektum összemosódik. Ez a hatás, amit diffrakciós határnak neveznek, akkor következik be, amikor a két objektum közötti távolság már kisebb a megjelenítéshez használt fény hullámhosszának a felénél. A színspektrum közepén elhelyezkedő hullámhossz körülbelül 500 nanométer. Ez azt jelenti, hogy egy nyomtatott kép pixelei nem helyezkedhetnek 250 nanométernél közelebb egymáshoz, anélkül hogy elmosódottnak tűnnének. Yang képein a pixelek pontosan ekkora távolságban helyezkednek el egymástól.
A strukturális színnek a felbontáson kívül van még egy előnye, a képstabilitás. A fém és a szigetelő anyagok rendkívül tartóssá teszik az így készült képeket. "Nem fakulnak meg az idővel, ellentétben a szerves festékekkel" - mondta Guo.
Yang elmondása szerint jelenleg egyfajta prégelő módszeren dolgoznak, ami megkönnyítené a pillérek nagyobb felületekre, illetve más anyagokra nyomtatását, a demonstrációnál alkalmazott elektronsugaras technika nagy felületeknél ugyanis már túl lassú.
A kutatók szabadalmat nyújtottak be nyomtatási módszerükre és bíznak benne, hogy mikroképeiket nanoméretű vízjeleknél vagy kriptográfiai alkalmazásoknál kamatoztathatják. A színes foltok egymáshoz egészen kis távolságokban történő nyomtatása ultra-sűrű optikai adatok lemezekre kódolására is használható lehet, hasonlóan a DVD-hez. Mivel ezeket a képeket nem lehet újraírni, ugyanakkor rendkívül tartósak, nagy érdeklődésre tarthatnak számot az archiválási technikák világában.
