viernes, 10 de agosto de 2012

La impresión a color alcanza su máxima resolución

Imágenes compuestas de pixeles con una nanoestructura metálicas podría tener un fin en seguridad o almacenamiento de datos ópticos.

Ampliación de una impresión con un tamaño de 50x50 micrometros, posee la mayor resolución posible. Créditos: A*STAR
Las imágenes con la resolución más alta posible -cerca de 100,000 puntos por pulgada- se han logrado, a todo color, con un método de impresión que utiliza pequeños pilares de unas pocas decenas de nanómetros de alto. El método, descrito en Nature Nanotechnology, se podría utilizar para imprimir marcas de agua pequeñas o mensajes secretos por razones de seguridad y lograr un almacenamiento de datos en discos de alta densidad.

Cada píxel de estas imágenes posee una resolución ultra -compuesto de cuatro puestos a nanoescala con un límite máximo de un nanodisco de plata y oro-. Mediante la variación de los diámetros de las estructuras (que son decenas de nanómetros) y los espacios entre ellos, es posible controlar qué color de la luz se requiere reflejar. Los investigadores de la Agencia para la Ciencia, la Tecnología y la Investigación (A*STAR), en Singapur usaron este efecto, llamado color estructural, para llegar a una completa paleta de colores. Como una prueba de principio, imprimieron una versión de prueba de 50×50 micrómetros empleando la imagen 'Lena', un retrato rico en color de una mujer que se utiliza comúnmente como un estándar de impresión.

Joel Yang, un científico de materiales en A*STAR, quien dirigió el estudio, notó por primera vez el efecto cuando observo las nanopartículas de metal bajo un microscopio de luz. "Vimos que podíamos controlar los colores, del rojo al azul, al modificar el tamaño de las partículas", agrega. Dependiendo de su tamaño, una nanoestructura de metal resuena con una determinada longitud de onda de la luz -al igual que una cuerda de guitarra resuena a una frecuencia particular, dependiendo de su longitud. La luz en la longitud de onda hace que los electrones en la superficie de la nanoestructura metálica resuenen y esto determina el color que la estructura refleja. Este efecto, llamado resonancia de plasmones, es bien conocido por los físicos. Yang es el primero en emplear este efecto para poder imprimir fotografías de alta resolución y más aún imágenes a todo color, explica Jay Guo, ingeniero de la Universidad de Michigan en Ann Arbor, que no estuvo involucrado con el trabajo.

Tinta indeleble


Para la demostración inicial de la imagen de Lena, los investigadores usaron por primera vez un haz de electrones en una litografía con un patrón de oblea de silicio el cual contenía una serie de mensajes elaborados a partir de un material aislante. Luego se depositaron nanodiscos de metal en los postes y la superficie de la oblea fue recubierta con el metal. El revestimiento de metal sobre la oblea refleja la luz de color en los pilares, haciendo que la imagen sea brillante. "Los colores aparecen después de que se aplica el metal", reitera Yang.

La imagen de Yang tiene una estructura con una resolución de alrededor de 100,000 puntos por pulgada. En comparación, las impresoras de inyección de tinta y láser producen manchas de tinta con micrómetros de tamaño y su resolución alcanza un máximo de alrededor de 10,000 puntos por pulgada. Si las imágenes de Yang se hicieron en áreas lo suficientemente grandes como para verse a simple vista, "serían superiores a la alta definición", añade Teri Odom, químico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. Pero, señala, las personas con visión perfecta no puede discernir objetos de menos de 20-30 micrómetros.

Incluso en el mejor microscopio, las imágenes ópticas tienen un límite de resolución definitiva y este método le llega. Cuando dos objetos están demasiado cerca, la luz que se refleja en ellos se difracta, y los dos objetos confunden. Este efecto, llamado el límite de difracción, se produce cuando la distancia entre dos objetos es igual a la mitad de la longitud de onda de la luz utilizada para crear la imagen. La longitud de onda en el medio del espectro de color es de aproximadamente 500 nanómetros. Eso significa que los píxeles de una imagen impresa no se pueden colocar más cerca de 250 nanómetros sin que parezca manchada. Las imágenes de Yang están apenas por encima de esta distancia.

Además de la resolución, otra ventaja emplear esta estructura es la estabilidad de la imagen. Los materiales metálicos y aislantes utilizados para hacer estas imágenes son duraderos. "No se desvanecen con el tiempo, a diferencia de los tintes y colorantes orgánicos", explica Guo.

Yang dice que está trabajando ahora en un método de estampado para imprimir los pilares más fácilmente en áreas más extensas y en diferentes materiales. El método de tallado con haz de electrones utilizado para la demostración inicial es demasiado lento para usar en grandes áreas.

Los investigadores han solicitado una patente para el método de impresión y esperan se pueda emplear en la comercialización de micro imágenes tales como marcas de agua a escala nanométrica, o para la criptografía. El método para la impresión de manchas de color muy juntas también podría ser utilizado para codificar datos en discos ópticos ultradensos similares a películas. Debido a que estas imágenes no se pueden escribir, sería más útiles para el almacenamiento de información en archivos.

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