С помощью плазмонов впервые созданы многоцветные голограммы

Полученная голограмма (слева вверху) была предварительно записана на трёхслойную плёнку с волнообразно изогнутой поверхностью

Специалисты из Лаборатории нанофотоники Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) разработали уникальный метод создания полноцветных голограмм с использованием поверхностных плазмонов. По мнению авторов, в перспективе технология поможет созданию голографических дисплеев.

Современные голограммы используют для записи изображений на тонкую плёнку из серебра два лазера, воздействующие на пластинку с обеих сторон, причём запечатлённая в объёме картинка всегда будет того же цвета, что и отражающий лазер. Поэтому-то голограммы обычно монохромны (синие или зелёные). Японские исследователи предложили собственный механизм формирования голограммы, основанный на трёхслойной плёнке с волнообразной поверхностью. Три слоя нужны для того, чтобы при воспроизведении голограммы можно было отражать свет трёх цветов: красного, зелёного и синего (RGB). Волнообразность поверхности (с шагом в 25 нм) позволяет плазмонам, образующимся на металлической плёнке, резонировать, что и ведёт к «захвату» ими изображения. Для записи картинки используется белый свет, который размещает в каждом из слоёв один из трёх цветов RGB.

Плазмоны — это квазичастицы коллективного колебания так называемого свободного электронного газа. Свет с частотой ниже плазмонной отражается от поверхности плазмона, потому что электроны в последнем экранируют световые электромагнитные волны ниже определённой частоты. Свет с частотой выше плазмонной проходит через поверхность плазмона, так как электроны последнего не могут достаточно быстро отреагировать, чтобы остановить волну меньше определённого размера (соответствующую плазмонной частоте). Большинству из нас этот эффект знаком по «металлическому блеску»: плазмонный предел для металлов соответствует видимому спектру, поэтому поверхность чистых металлов обычно блестит.

Такой же металлический блеск свойствен и серебру. В созданном японцами образце голографической записи 55-нанометровый слой серебра накрыт с одной стороны тонкой светочувствительной плёнкой, а с другой — слоем диоксида кремния. Общая толщина трёхслойной структуры не превышает нескольких сот нанометров.

Исследователи считают, что их открытие можно будет использовать для создания полноцветных голографических дисплеев. В отличие от нынешнего псевдо-3D-изображения, оно будет по-настоящему объёмным. Кроме того, по их мнению, размеры и особенности таких голографических экранов позволяют надеяться на их миниатюрную инженерную реализацию, вплоть до применения в смартфонах. Разумеется, сейчас система нуждается в дальнейшей доработке: в частности, угол как горизонтального так и вертикального обзора голограммы не превышает 25˚. Впрочем, задача представляется авторам чисто инженерной и вполне решаемой.

Поверхностные плазмоны возникают лишь тогда, когда свет падает на поверхность под углами от 0 до 90 градусов, из-за чего углы вертикального и горизонтального обзора для такой голограммы пока ограничены.

Кроме того, изобретатели готовят прибор для «перевёрнутой голограммы»: нанолинзу, увеличивающую объекты чрезвычайно малой величины до трёхмерных изображений, видимых глазом. Хотя для этого используются пучки металлических нитей с различными покрытиями, общие принципы здесь довольно сходны; разница лишь в том, что «записываемый» в голограмму объект будет меньше своего изображения, а не наоборот. Наконец, для подобного рода нанолинз придётся использовать дальнюю часть ультрафиолетового спектра, что позволит микроскопу «видеть» такие, к примеру, объекты, как молекула ДНК, и создавать их объёмные изображения.

Подготовлено по материалам Института физико-химических исследований RIKEN.