(Phys.org) —In de 4 ^e eeuw, de Romeinen bouwden een speciale glazen beker, genaamd de Lycurgus-beker, die van kleur verandert afhankelijk van de manier waarop het licht er doorheen schijnt. Het glas is gemaakt van fijngemalen zilver- en goudstof dat een dichroïsche, of van kleur veranderen, effect. Hoewel de makers van de Lycurgus-beker waarschijnlijk niet het mechanisme kenden dat verantwoordelijk is voor het van kleur veranderende glas, tegenwoordig erkennen wetenschappers het mechanisme als oppervlakteplasmonresonantie, en het is een fenomeen dat nog steeds grote wetenschappelijke belangstelling heeft.

In een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , Yunuen Montelongo, et al., aan de Universiteit van Cambridge in het VK, hebben oppervlakteplasmonresonantie gebruikt als een nieuwe manier om hologrammen te construeren. Net als bij de Lycurgus-beker, de nieuwe hologrammen kunnen van kleur veranderen als gevolg van lichtverstrooiing van zilveren nanodeeltjes van specifieke afmetingen en vormen. Vanwege hun vermogen om tegelijkertijd twee kleuren te creëren en grote hoeveelheden informatie op te slaan, de nieuwe hologrammen kunnen toepassingen hebben in 3D-schermen en informatieopslagapparaten, onder andere.

"Dit experiment is geïnspireerd op de zeer unieke optische eigenschappen van de Lycurgus-beker, " vertelde Montelongo Phys.org . "Dit uitzonderlijke stuk verandert van kleur afhankelijk van de positie van de lichtbron. Als het vanaf één kant wordt verlicht, ziet het er groen uit, maar als het van de andere wordt verlicht, wordt het rood. In tegenstelling tot andere dichroïsche effecten die door sommige kristallen worden geproduceerd, zoals kostbare opalen, de kleurrijke effecten van de Lycurgus-beker zijn weinig afhankelijk van de positie van de waarnemer. In feite, het dichroïsme in de Lycurgus-beker heeft een andere oorsprong dan kristallen en tot nu toe is dit 'plasmonische effect' niet waargenomen in natuurlijk voorkomende materialen."

Hoewel er verschillende manieren zijn om hologrammen te construeren, bijna alle traditionele hologrammen zijn eenkleurig, en de veelkleurige hologrammen die wel bestaan, hebben te maken met beperkingen. Bijvoorbeeld, er bestaat geen methode die veelkleurige hologrammen van een oppervlak kan produceren.

Hier, de onderzoekers toonden aan dat het mogelijk is om veelkleurige hologrammen te construeren vanuit een enkel vlak. De nieuwe hologrammen bestaan ​​uit nauwkeurig geconstrueerde zilveren nanodeeltjes met een patroon over een substraat.

Een belangrijk verschil in de nieuwe hologrammen is de kleinere afmeting van de diffractieranden, die de interferentie van de lichtgolflengte regelen. In traditionele hologrammen, deze randen zijn groter dan de helft van de golflengte van het licht. In tegenstelling tot, de randen zijn hier vervangen door nanodeeltjes die kleiner zijn dan de helft van de golflengte van licht. De onderzoekers toonden aan dat de smallere banddiffractie, die de kleurrijke effecten creëert, wordt geproduceerd door plasmonische verbeterde optische verstrooiing van de nanostructuren.

De subgolflengteafstand biedt bepaalde voordelen. Bijvoorbeeld, twee verschillende soorten plasmonische nanodeeltjes kunnen worden gemultiplext, of gecombineerd maar niet gekoppeld, op subgolflengte afstanden. Door nanodeeltjes van zilver met verschillende vormen en maten te gebruiken, de onderzoekers konden de kleuren controleren.

Naast het leveren van meerdere kleuren, het multiplexen van twee nanodeeltjes heeft het voordeel dat de informatielimieten voor bandbreedte toenemen. De onderzoekers toonden aan dat elk nanodeeltje onafhankelijke informatie bevat, zoals polarisatie en golflengte, die tegelijkertijd kunnen worden bestuurd. Met tweemaal het aantal nanodeeltjes, de totale hoeveelheid opgeslagen binaire informatie kan de traditionele limieten van diffractie overschrijden.

"Er is aangetoond dat nanodeeltjes met resonerende eigenschappen kunnen worden ontkoppeld over subgolflengteafstanden, zodat hun elektromagnetische velden minimale interactie hebben, " zei Montelongo. "Het gepresenteerde apparaat toont aan dat deze nanodeeltjes onafhankelijke informatie kunnen opslaan en overbrengen buiten de diffractielimieten, wat in tegenstelling is tot niet-resonante structuren. Vanwege de aard van dit fenomeen, het is mogelijk geweest om aan te tonen, Voor de eerste keer, een hologram dat kleurenafbeeldingen in 180 graden projecteert. Deze projectie is zo breed dat het niet eens mogelijk is om het op een vliegtuig weer te geven, en een diffuse bol moet worden gebruikt."

Deze eigenschappen maken het nieuwe hologram zeer aantrekkelijk voor toekomstige toepassingen.

"Naast de duidelijke toepassing bij het vervangen van de typische 'regenbooghologrammen' van creditcards en andere beveiligingsitems, dit fenomeen kan worden gebruikt voor beeldprojectie op bollen, wat tot nu toe niet is bereikt met conventionele optica, " zei coauteur Calum Williams van de Universiteit van Cambridge. "Bovendien, dit concept kan worden toegepast als basis om dynamische driedimensionale kleurendisplays te produceren. Op het gebied van informatica, deze holografische configuraties zouden informatie kunnen opslaan in subgolflengtegebieden. Dit betekent dat optische gegevensopslagapparaten zoals cd's, Dvd's of Blu-ray kunnen hun opslaglimieten mogelijk uitbreiden."

De onderzoekers zijn van plan om deze en andere toepassingen in de toekomst verder te onderzoeken.

"Toekomstig onderzoek is gericht op de studie van mechanismen voor het afstemmen van het plasmonische effect voor weergavetoepassingen, "Zei Montelongo. "Het belangrijkste doel is de integratie van nieuwe modulatieschema's om ultradunne displays en dynamische hologrammen te produceren."

© 2014 Fys.org