Физики научились перезаписывать голограммы с помощью "притягивающего луча"

Пример голограммы, полученной с использованием нового метода.

Фото Montelongo et al./Nature Communications.

Виртуальные копии монет. Масштабная линейка - пять миллиметров.

Фото Yetisen et al./AIP Publishing.

Учёные использовали давление света так называемых "притягивающих лучей" для создания первого голографического материала с функцией перезаписи. В отличие от других сред, способных отображать трёхмерные голограммы, на новый материал можно многократно записывать новые изображения, при этом для хранения информации не требуется никаких внешних источников энергии.

Группа исследователей во главе с Юнуэном Монтелонго (Yunuen Montelongo) из Имперского колледжа Лондона и Али Кей Йетисен (Ali K. Yetisen) из Гарвардского университета продемонстрировали технологию управления структурой голографического материала на наноуровне. Они применили её для создания программируемых трёхмерных изображений.

Команда взяла за основу так называемый "притягивающий луч", который раньше уже использовался в качестве оптического пинцета для перемещения отдельных микроскопических объектов. Но на этот раз учёные показали, что с помощью давления света можно менять расположение наночастиц серебра внутри твёрдого вещества.

Серии лазерных импульсов, выпущенные под разными углами и с разной энергией, медленно расталкивают крошечные частицы и заставляют их выстраиваться в строго определённые трёхмерные структуры.

Виртуальные копии монет. Масштабная линейка - пять миллиметров.
Виртуальные копии монет. Масштабная линейка - пять миллиметров.
Фото Yetisen et al./AIP Publishing.

"Мы показали, что оптическое давление способно изменять положение массивов наночастиц внутри твёрдых тел, – говорит Монтелонго. – Хотя эти силы хорошо известны, нам впервые удалось использовать их для настройки наноструктурных материалов. Эта новая технология может быть масштабируема и, следовательно, может обратимо выстраивать большие массивы частиц".

Учёным и раньше удавалось изменять структуру материалов в 3D, но, как правило, эти методы навсегда меняли свойства, не позволяя впоследствии ничего переделать. "Перезапись" и последующее сохранение полученного "узора" из трёхмерного массива наночастиц стала возможной благодаря высокой температуре лазерных импульсов. Сначала лучи разогревают материал и делают его пластичным, позволяя входящим в состав частицам перемещаться. Давление света расталкивает их на другие места как бильярдные шары. А когда температура вещества снижается, новая структура затвердевает и сохраняется до следующего нагрева.

 

Исследователи сравнивают процесс с тем, как нагретый нож режет масло: тёплый он входит в масло гораздо легче, чем холодный.

В качестве демонстрации потенциала новой технологии учёные показали, как, изменяя трёхмерную структуру голографического фотополимерного материала, можно создавать на его поверхности разные объёмные изображения.

"Мы намерены разработать новое семейство светочувствительных материалов, которые могут быть использованы для демонстрации и перезаписи 3D-голограмм, – объясняет Монтелонго. – Например, такие голограммы могут заменить обычные двухмерные методы визуализации в медицине. Но главное, что эти материалы являются активными, и изображения на них можно быстро перезаписывать и стирать".

Изобретение может быть полезным для разработки устройств для хранения объёмных образов, биосенсоров, перестраиваемых лазеров, оптических линз и новых метаматериалов. Кроме того, в долгосрочной перспективе на его основе могут быть собраны полноценные голографические дисплеи, демонстрирующие подвижные трёхмерные образы в реальном времени.

Результаты исследования были опубликованы в издании Applied Physics Letters, а также в журнале Nature Communications.