Onderzoekers van de Missouri University of Science and Technology creëren een nieuwe benadering voor het reconstrueren van 3D full-color holografische beelden door slechts één laag metaalfilm op nanoschaal te gebruiken. Dit werk heeft een enorm potentieel om ons dagelijks leven te veranderen door onze mobiele telefoons uit te rusten met zwevende 3D-schermen en door 3D-beveiligingsmarkeringen op creditcards te printen.

Dr. Xiaodong Yang, een assistent-professor in mechanische en ruimtevaarttechniek bij Missouri S&T, en Dr. Jie Gao, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Missouri S&T, beschrijven hun ultradunne full-color hologrammen in "ACS Nano". En ze illustreren hun aanpak door verschillende full-color holografische afbeeldingen te reproduceren met dunne aluminiumfilms op nanometerschaal. Een nanometer is een miljardste van een meter, en sommige nanomaterialen zijn slechts enkele atomen groot.

De methode beschreven in de ACS Nano artikel "Full-Color Plasmonic Metasurface Holograms" omvat het gebruik van ultradunne metaalfilms op nanometerschaal met metasurfaces die het golffront van licht kunnen manipuleren. Het metasurface-hologram van de onderzoekers is een 35 nanometer dikke aluminiumfilm die is doorboord met kleine rechthoekige gaatjes van 160 nanometer bij 80 nanometer met verschillende oriëntatiehoeken gecreëerd door een microfabricageproces dat bekend staat als gefocusseerd ionenbundelfrezen.

Experimenteren met het samenspel van rood, groen en blauw laserlicht op metaoppervlakstructuren, de onderzoekers demonstreerden "schone en levendige full-color holografische afbeeldingen met een hoge resolutie en weinig ruis." De drie primaire kleuren:rood, groen en blauw werden geproduceerd, en de secundaire kleuren van cyaan, magenta, geel en wit werden ook geproduceerd. Om hun gereconstrueerde holografische beelden te illustreren, ze maakten "CMYW"-letters, een appel en een Rubik'-kubus. Ze geloven dat het metasurface-hologram veelbelovend is voor toekomstige toepassingen, zoals creditcardbeveiligingsmarkeringen, biomedische beeldvorming, 3D zwevende displays en opslag van big data.

"Door de oriëntatiehoek van de spleten op nanoschaal aan te passen, we zijn in staat om de fasevertraging door de spleet volledig af te stemmen voor het realiseren van de fasemodulatie binnen het gehele zichtbare kleurbereik, " zegt Yang. "Bovendien, de amplitudemodulatie wordt bereikt door eenvoudigweg de spleet wel of niet op te nemen. Onze hologrammen bevatten zowel amplitude- als fasemodulaties op nanometerschaal, zodat holografische beelden met hoge resolutie en lage ruis kunnen worden gereconstrueerd."

De onderzoekers creëerden het metasurface-hologram door kleine rechthoekige spleten met verschillende oriëntatiehoeken door de dunne aluminiumlaag te boren. Onder een scanning elektronenmicroscoop, het hologram ziet eruit als een borduurpatroon.

"Anders dan de momenteel bestaande metasurface-hologrammen die meestal zijn ontworpen voor beperkte kleuren, onze golflengte-gemultiplexte methode - door extra faseverschuivingen in de hologrammen te coderen en gekantelde invalshoekverlichting van laserlicht te introduceren - resulteert in de succesvolle reconstructie van bijna alle zichtbare kleuren, " zegt Gao, co-auteur van het artikel.