کوچک‌ترین پیکسل جهان رکوردها را شکست

خود را برای عصر تازه‌ای از نمایشگرهای مینیاتوری آماده کنید. دانشمندان موفق شده‌اند کوچک‌ترین پیکسلی را که تاکنون ساخته شده طراحی کنند — پیکسلی با اندازه‌ی تنها ۳۰۰ در ۳۰۰ نانومتر — و در عین حال آن‌قدر روشن و درخشان است که با پیکسل‌های استاندارد امروزی برابری می‌کند.

به‌گزارش انتخاب و به نقل sciencealert؛ از این پژوهش که توسط دانشمندان دانشگاه وورتسبورگ آلمان انجام شده، دریچه‌ای تازه به روی نمایشگرهایی باز می‌کند که می‌توانند در هدست‌های واقعیت مجازی (VR) و عینک‌های واقعیت افزوده (AR) به‌کار روند.

این پیکسل جدید که ۲۵۰ برابر باریک‌تر از ضخامت موی انسان است، می‌تواند در صفحه‌ای با وضوح Full HD (1920×1080) جای گیرد که تنها در فضایی به اندازه‌ی یک میلی‌متر مربع جا می‌شود — یعنی آن‌قدر کوچک که بتوان آن را درون یک عدسی قرار داد و اطلاعات را درست در میدان دید کاربر هنگام راه رفتن در جهان واقعی نمایش داد.

درخشان، کوچک و بی‌نیاز از مصالحه

این نانو‌پیکسل از نظر درخشندگی با پیکسل‌های موجود در نمایشگرهای OLED رقابت می‌کند، در حالی‌که حدود ۱۶ تا ۱۷ برابر کوچک‌تر است. این بدان معناست که برای رسیدن به وضوح بالا، نیازی نیست روشنایی را فدا کنید.

نوآوری تیم تحقیقاتی شامل ساختاری دولایه از الکترودها است که یکی از آن‌ها از جنس طلا ساخته شده و نقش آنتن را هم ایفا می‌کند. این طراحی باعث می‌شود جریان الکتریکی به شکل کارآمدی وارد شود و نور تولیدشده را تقویت و جهت‌دهی کند — نوری که در چنین ابعاد کوچکی معمولاً نمی‌تواند به‌راحتی از پیکسل خارج شود.

دکتر برت هشت، فیزیک‌دان تجربی و نویسنده‌ی اصلی پژوهش، توضیح می‌دهد:

«با کمک تماسی فلزی که جریان الکتریکی را وارد دیود نوری آلی می‌کند و هم‌زمان نور تولیدشده را تقویت و منتشر می‌سازد، ما پیکسلی برای نور نارنجی ایجاد کرده‌ایم که تنها ۳۰۰ در ۳۰۰ نانومتر وسعت دارد. این پیکسل به‌اندازه‌ی یک پیکسل OLED معمولی با ابعاد ۵ در ۵ میکرومتر درخشان است.»

چگونه محدودیت‌ها برطرف شد؟

تلاش‌های پیشین برای ساخت پیکسل‌های فوق‌ریز معمولاً شکست می‌خورد، زیرا کوچک‌سازی ساده‌ی طراحی‌های فعلی باعث اختلال در میدان الکتریکی و در نهایت از کار افتادن پیکسل می‌شد.

در این طرح جدید، پژوهشگران با استفاده از الکترود طلایی به‌عنوان آنتن و پوشاندن لبه‌های آن با یک لایه‌ی عایق، توانستند جریان را فقط از مرکز پیکسل عبور دهند.

دکتر ینس فلام، فیزیک‌دان تجربی، این موضوع را چنین توضیح می‌دهد:

«درست مانند یک میله‌ی برق‌گیر، اگر طرح OLED موجود را فقط کوچک می‌کردیم، جریان‌ها بیشتر از گوشه‌های آنتن خارج می‌شدند و این باعث ایجاد نیروهای الکتریکی شدید می‌شد که در نهایت اتم‌های طلا را به درون ماده‌ی فعال نوری می‌کشید.»

اما «نکته» در کجاست؟

با وجود تمام موفقیت‌ها، هنوز چند چالش باقی مانده است. این پیکسل در حال حاضر فقط نور نارنجی ساطع می‌کند و بهره‌وری نوری آن حدود ۱ درصد است. پژوهشگران امیدوارند در گام‌های بعدی بتوانند تمام طیف رنگ‌ها را پوشش دهند و بازدهی را بالا ببرند.

با این حال، دستاورد فعلی بسیار چشمگیر است: این پیکسل‌ها روشنایی برابر با OLED‌های معمولی دارند، پایدار و ساده برای تولیدند، و سرعت پاسخ‌گویی بالایی دارند — ویژگی‌هایی که آن‌ها را برای کاربرد در نمایشگرهای نسل آینده بسیار امیدوارکننده می‌سازد.

پژوهشگران در مقاله‌ی خود که در مجله‌ی Science Advances منتشر شده، می‌نویسند:

«نتایج ما یک راهکار مقیاس‌پذیر برای غلبه بر موانع الکترونیکی و نوری کلیدی در دستگاه‌های اُپتوالکترونیکی نانومقیاس ارائه می‌دهد.»