Farbdruck bis zur Beugungsgrenze

Forscher in Singapur haben ein Nanodruckverfahren entwickelt, das bis zur theoretisch größtmöglichen Auflösung von 100.000 dpi feine Farbschattierungen abbilden kann, berichtet Nature Nanotechnology online in einer Vorabveröffentlichung.

Joel K. W. Yang und seinen Kollegen am Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) der Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) nutzten hierfür aus, dass Edelmetall-Nanopartikel abhängig von ihrer Größe, Form und Lage zueinander nur bestimmte Farbanteile des Lichtes reflektieren.

Der Effekt lässt sich im Prinzip schon beim Buntglas in alten Kirchenfenstern beobachten, in dem unterschiedlich geformte Gold- und Silbernanopartikel für die leuchtenden Farben sorgen. Da die einem Glas beigemischten Metallnanopartikel unterschiedlich groß und zufällig verteilt sind, konnte man die Farben bisher nur grob beeinflussen.

Die Gruppe bei IMRE hat nun einen Weg vorgestellt, wie man die Reflektionen sehr hochaufgelöst gezielt steuern kann, sodass sich auch feine Farbabstufungen innerhalb eines Bildes darstellen lassen: Mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie versahen die Forscher eine Glasfläche mit einem Array von Silbernanoscheiben, die jeweils über einem Nanoloch platziert wurden, das für eine Reflektion des Lichtes in einer Richtung sorgt. Quadrate aus vier Scheiben mit jeweils gleicher Größe und gleichem Abstand bilden dabei ein Pixel ab, dessen Farbe von der Kombination aus Größe und Abstand abhängt. Die Scheiben hatten Durchmesser von 50 bis 140 nm. Die Abstände zwischen ihnen waren zwischen 30 und 120 nm groß. Über diese Nanostruktur legten sie eine 15 nm dicke Silberschicht. Bei Abständen von 120 nm und verschiedenen Durchmessern ergab sich die beste Farbpalette.

Die Forscher nutzten diese für eine Darstellung des Lena-Bildes. Das 512 Pixel × 512 Pixel große Lena-Bild wird genutzt, um Bildverarbeitungsalgorithmen zu testen, da es eine große Vielfalt an Details, Farbvariationen und Schatten enthält. Die von IMRE erreichte Auflösung ist so hoch, dass selbst in einer nur 50 µm × 50 µm großen Abbildung Details und Schattierungen des Lena-Bildes dargestellt werden.

Das Verfahren ist gleich aus mehreren Gründen interessant: Die Kombination aus gerichteter Reflektion, Farbreinheit und hohem Reflexionsvermögen des Silberfilms erzeugt erstaunlich lebhafte Farben. Benachbarte Farbpixel lassen sich in einer so feinen Struktur aufbringen, dass man Auflösungen bis hinunter zur optischen Beugungsgrenze erreicht. Und nicht zuletzt nutzt das Verfahren Techniken, die auch großtechnisch mit einer Vielzahl von Materialien einsetzbar sind. Anwendungen sehen die Forscher unter anderem bei Mikrobildern für Sicherheitszwecke, Steganogrammen, optischen Filtern und optischer Speichertechnik. (anm)