Forskere skaber 3-D fuldfarve holografiske billeder med nanomaterialer

Forskere ved Missouri University of Science and Technology skaber en ny tilgang til at rekonstruere 3-D fuldfarve holografiske billeder ved at bruge kun et lag af nanoskala metallisk film. Dette arbejde har et enormt potentiale til at ændre vores daglige liv ved at udstyre vores mobiltelefoner med 3-D flydende skærme og udskrive 3-D sikkerhedsmærkning på kreditkort.

Dr. Xiaodong Yang, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved Missouri S&T, og Dr. Jie Gao, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved Missouri S&T, beskriv deres ultratynde fuldfarve hologrammer i "ACS Nano." Og de illustrerer deres tilgang ved at gengive flere holografiske billeder i fuld farve med tynde aluminiumsfilm i nanometerskala. En nanometer er en milliardtedel af en meter, og nogle nanomaterialer er kun få atomer i størrelse.

Metoden beskrevet i ACS Nano artiklen "Full-Color Plasmonic Metasurface Holograms" involverer brugen af ​​ultratynde nanometerskala metalliske film med metasurfaces, der kan manipulere lysets bølgefront. Forskernes metasurface-hologram er en 35 nanometer tyk aluminiumsfilm, der er punkteret med bittesmå rektangulære huller på 160 nanometer gange 80 nanometer med forskellige orienteringsvinkler skabt af en mikrofremstillingsproces kendt som fokuseret ionstrålefræsning.

Eksperimenterer med samspillet mellem rødt, grønt og blåt laserlys på metaoverfladestrukturer, forskerne demonstrerede "rene og levende holografiske billeder i fuld farve med høj opløsning og lav støj." De tre primære farver - rød, grøn og blå - blev produceret, og de sekundære farver af cyan, magenta, gul og hvid blev også produceret. For at illustrere deres rekonstruerede holografiske billeder, de lavede "CMYW" bogstaver, et æble og en Rubik' terning. De mener, at metasurface-hologrammet lover fremtidige applikationer, såsom kreditkortsikkerhedsmærkning, biomedicinsk billeddannelse, 3D flydende skærme og stordatalagring.

"Ved at justere orienteringsvinklen af ​​spalterne i nanoskala, vi er i stand til fuldt ud at indstille faseforsinkelsen gennem spalten for at realisere fasemodulationen inden for hele det synlige farveområde, " siger Yang. "Desuden, amplitudemodulationen opnås ved blot at inkludere eller ikke inkludere spalten. Vores hologrammer indeholder både amplitude- og fasemodulationer i nanometerskala, så holografiske billeder med høj opløsning og lav støj kan rekonstrueres."

Forskerne skabte metasurface-hologrammet ved at bore små rektangulære spalter med forskellige orienteringsvinkler gennem det tynde aluminiumlag. Under et scanningselektronmikroskop, hologrammet ligner et nålespidsmønster.

"Forskelligt fra de nuværende eksisterende metasurface-hologrammer, som for det meste er designet til begrænsede farver, vores bølgelængdemultipleksede metode – ved at indkode yderligere faseskift i hologrammerne og introducere tiltet indfaldsvinkelbelysning af laserlys – resulterer i en vellykket rekonstruktion af næsten alle synlige farver, " siger Gao, medforfatter til avisen.