S&T-onderzoekers uit Missouri demonstreren een nieuw concept om holografische beelden te reconstrueren door gebruik te maken van een enkele tweedimensionale materiaalmonolaag met een dikte van minder dan één nanometer. Hun werk zou kunnen leiden tot de creatie van slimme horloges met holografische displays, gedrukte beveiligingscryptogrammen op bankbiljetten en creditcards, en nieuwe mogelijkheden voor gegevensopslag.

De onderzoekers beschrijven hun atomair dunne niet-lineaire optische hologrammen in Nano-letters , een van de toptijdschriften in nanotechnologisch onderzoek, en prototypen van hun apparaat door verschillende soorten holografische afbeeldingen te reconstrueren met monolagen van wolfraamdisulfide met een dikte van ongeveer 0,7 nanometer. Een nanometer is een miljardste van een meter, en een wolfraamdisulfide-monolaag bevat slechts één laag wolfraamatomen ingeklemd tussen twee lagen zwavelatomen.

De aanpak staat beschreven in de Nano-letters paper "Atomair dunne niet-lineaire overgangsmetaal dichalcogenide hologrammen, " die vrijdag online werd gepubliceerd, 16 augustus. Het omvat het gebruik van slechts een enkele wolfraamdisulfide-monolaag met nanopatroon die in staat is het golffront van licht te regelen, waarbij de ontworpen hologrampatronen worden doorboord door een nanofabricageproces dat bekend staat als gerichte ionenbundelfrezen.

Experimenteren met de ultrasnelle laserexcitatie op de monolaag van wolfraamdisulfide met nanopatroon, de onderzoekers demonstreerden een niet-lineair optisch hologram met een hoge conversie-efficiëntie en atomaire dikte, voor het produceren van optische vortexbundels en Airy-bundels en voor het reconstrueren van complexe holografische beelden op de tweede harmonische frequentie. Een Airy-straal is een golfvorm die lijkt te krommen terwijl deze beweegt.

In hun krant de Missouri S&T-onderzoekers publiceerden gereconstrueerde holografische afbeeldingen van het Chinese karakter voor het woord "licht" met blauwe en groene kleuren. Ze geloven dat dit nieuwe type optisch hologram veelbelovend is voor toekomstige toepassingen, zoals veiligheidsmarkeringen op bankbiljetten en creditcards, optische communicatie, slimme horlogevertoningen, en gegevensopslag.

"We zijn in staat om de binaire amplitudemodulatie van nul en één te regelen door simpelweg het wolfraamdisulfide-monolaaggebied uit te etsen of te behouden, " zegt Dr. Xiaodong Yang, een universitair hoofddocent in mechanische en ruimtevaarttechniek bij Missouri S&T. "Onze hologrammen hebben een aanzienlijk hogere niet-lineaire conversie-efficiëntie dan de momenteel bestaande plasmonische metasurface-hologrammen gemaakt van metalen nanostructuren."

"In aanvulling, onze hologrammen hebben een atomaire dikte van minder dan één nanometer, veel dunner dan de gebruikelijke dikte van tientallen nanometers voor plasmonische meta-oppervlakken en enkele honderden nanometers voor diëlektrische meta-oppervlakken, " zegt dr. Jie Gao, een universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek bij Missouri S&T en co-auteur van het papier.