“Metasurfaces”可能会催生下一代更薄、更便宜的平板屏幕

通过闪光局部加热实现电切换超表面像素。a 制造样品的图示，由硅膜中设计的纳米孔组成，即所谓的空穴阵列超表面，嵌入 ITO 透明加热器中。像素的光学响应通过在触点上施加电压来切换，该电压局部加热超表面。热光学效应导致超表面散射特性的改变。b 计算出的空穴阵列超表面的透射光谱以及归一化电场剖面（|E|）在两个共振中。设计的参数是他的 = 155 nm、d = 78 nm、d = 101 nm、h = 380 nm和间距 Λ = 350 nm。c 制造样品的彩色SEM图像

研究人员开发了一种概念验证技术，可以为当前LCD和LED以外的下一代显示器铺平道路，使屏幕和电子设备变得更薄，提供更高的分辨率和更节能的产品。

诺丁汉特伦特大学，澳大利亚国立大学和澳大利亚新南威尔士大学堪培拉分校的一个团队设计了称为“超表面”的纳米颗粒电可调阵列，与当前的液晶显示器相比，它可以提供显着的优势。

当今的显示器市场提供了多种选择，每种选择都有其优点和缺点。然而，包括生产成本、寿命和能源消耗在内的因素使液晶技术成为电视机和显示器等屏幕最主要和最受欢迎的技术。

液晶单元负责打开和关闭透射光，并由背光照明，像素前面和后面都有偏振滤光片。它们决定了像素的尺寸（分辨率），并在管理设备的功耗方面发挥着重要作用。

新设计的超表面电池——具有可调性和非凡的光散射特性——将取代液晶层，并且不需要偏振器，偏振器在显示中造成了大量的光强度浪费和能量消耗。

超表面比液晶电池薄100倍，分辨率提高10倍，能耗降低50%。

作为研究的一部分，该团队展示了像素可以通过电子编程，并且通过改变材料的温度，光的切换速度几乎比人类的厌恶反应时间快20倍。

研究人员认为，他们的技术与现代电子显示器兼容，填补了能够在高频下有效开关光的可调谐超表面的技术空白。

项目负责人Mohsen Rahmani是诺丁汉特伦特大学科学技术学院的工程学教授，也是英国皇家学会沃尔夫森研究员，他说:“我们用超表面取代当前显示器中的液晶层，为打破技术障碍铺平了道路，使我们能够制造出价格合理的无液晶平板屏幕。”

他说:“平板显示器最重要的指标是像素大小和分辨率、重量和功耗。我们已经用元显示概念解决了这些问题。

“最重要的是，我们的新技术可以大大降低能源消耗——考虑到家庭和企业每天使用的显示器和电视机的数量，这是一个极好的消息。我们认为，现在是时候淘汰液晶显示器和LED显示器了，就像过去10到20年的阴极射线管电视一样。”

ARC转型元光学系统卓越中心(TMOS)主任、澳大利亚国立大学物理学教授Dragomir Neshev说:“传统显示器的能力已经达到顶峰，由于多种限制，未来不太可能有显著提高。今天，人们追求的是具有高分辨率和快速刷新率的全固态平板显示技术。我们设计和开发了超表面像素，可以成为下一代显示器的理想选择。

“与液晶不同，我们的像素不需要偏振光就能正常工作，这将使屏幕的能耗减半。”

澳大利亚国立大学的博士学者、该研究的第一作者Khosro Zangeneh Kamali说:“超表面被证明具有非凡的光学行为。然而，发明一种有效的方法来控制它们仍然是一个繁重的研究课题。我们提出了电可编程硅超表面，这是可编程超表面的多功能平台。”

来自诺丁汉特伦特大学的团队成员徐雷博士表示:“通过使用人工智能和机器学习技术来设计和实现更小、更薄和更高效的超表面显示器，还有很大的进一步改进空间。”

来自堪培拉新南威尔士大学的团队成员Andrey Miroshnichenko教授说:“我们的像素是由硅制成的，与其他现有替代品所需的有机材料相比，硅具有较长的寿命。此外，硅广泛可用，CMOS兼容成熟技术，生产成本低廉。”