Elektriksel Olarak Değiştirilebilir Nanoantenler

Araştırmacılar, holografik video teknolojisinin temeli olarak elektriksel olarak değiştirilebilir nanoantenler geliştiriyor. Kredi: Stuttgart Üniversitesi/PI4, Julian Karst

Çevrimiçi Video Konferanslarda Gerçek Hayat Duygusu

Video konferans, Covid-19 salgını sırasında önemli bir rol oynadı ve gelecekte birçok toplantıya hükmedecek. Yüz yüze diyaloğun gerçek hissini gerçekleştirmek için üç boyutlu video gereklidir, ancak holografik teknoloji hala eksiktir. Almanya’daki Stuttgart Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, iletken metalik polimerlerden yapılmış elektriksel olarak değiştirilebilir plazmonik nanoantenlere dayanan bu tür dinamik holografik görüntüleri gerçekleştirmek için tamamen yeni bir yaklaşım ortaya koydular. Bu kilit unsur, sanal konferansları “gerçek hayat” hissi ile mümkün kılacak video hızında holografik gösterimleri etkinleştirmek için eksik teknolojiyi sağlar. Bu çalışmayı detaylandıran makale önde gelen dergide yayınlandı. Bilim 28 Ekim 2021’de.

Sanal Toplantı Hologramı

Gelecekte sanal toplantı: Sağdaki konferans üyesi, soldaki bayanın hologramını gösteren VR/AR gözlüğü takıyor. Kredi: Stuttgart Üniversitesi/PI4, Julian Karst

Etkileyici üç boyutlu statik görüntüler oluşturan hologramlar iyi bilinmektedir. Yüksek hızlı bir internet bağlantısından gelen verileri kullanarak video hızlarında değiştirilebilen dinamik hologramlar şimdiye kadar mümkün değil. Önceden, sınırlayıcı faktör ekran çözünürlüğüydü. Holografik görüntüler, en iyi akıllı telefon ekranlarından 100 kat daha fazla olan 50.000 dpi (inç başına piksel) çözünürlük gerektirir. Böyle bir çözünürlük için piksel boyutunu yarım mikrometreye (milimetrenin binde biri) küçültmek gerekir. Bununla birlikte, mevcut sıvı kristal teknolojisi, birkaç mikrometre piksel boyutuyla sınırlı olan bu tür küçük piksellere izin vermez.

Stuttgart Üniversitesi’ndeki araştırmacılar bu temel engeli aşmayı başardılar. Fizik ve Kimya arasındaki disiplinler arası bir işbirliğinde, iletken polimerlerden yapılmış ve sadece birkaç yüz nanometre boyutlarında elektriksel olarak değiştirilebilir plazmonik nanoantenler kullanma fikrini geliştirdiler.

Metalik Polimer Metasurface Nanoanten

Elektrik nanoanten geçişi için kullanılabilecek metalik polimer meta yüzeyin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüsü. Kredi: Stuttgart Üniversitesi/PI4, Julian Karst

Uygun değiştirilebilir malzeme olarak iletken fonksiyonel polimerler

Birkaç yıl boyunca araştırmacılar, statik 3 boyutlu hologramlar üreten metayüzeyler yarattılar. Bununla birlikte, bileşenleri veya nanoantenler, yaygın sıvı kristal malzemeler gibi değiştirilemeyen altın veya alüminyum gibi metallerden oluşuyordu. Doğru malzeme için birkaç yıl araştırma yaptıktan sonra, doktora öğrencisi Julian Karst ve Prof. Harald Giessen’in grubundan nanofotonik uzmanı Dr. Mario Hentschel, polimer kimyacısı Prof. Sabine Ludwigs ve ekibi ile birlikte, elektriksel olarak iletken polimerleri olası adaylar olarak belirlediler. değiştirilebilir plazmonik Sabine Ludwigs, 2000 Kimya Nobel Ödülü’nün odak noktası olan bu tür fonksiyonel polimerlerin elektrokimyasal değişimi konusundaki uzmanlığına katkıda bulunmuştur.

Şimdiye kadar bu tür malzemeler çoğunlukla esnek ekranlarda ve güneş pillerinde mevcut taşıma için kullanılıyordu. Temiz oda başkanı Monika Ubl ile işbirliği içinde Karst ve Hentschel, elektron ışını litografisi ve aşındırma kombinasyonunu kullanarak metalik polimerleri nanoyapılandırmak ve böylece plazmonik nanoantenleri oluşturmak için bir süreç geliştirdi. Ekip, nanoantenlerin optik görünümünün, eksi ile artı bir volt arasında bir voltaj uygulayarak parlak bir metal ve şeffaf bir malzeme arasında değiştirilebileceğini gösterdi. Bu geçiş efekti, 30 Hertz’lik video hızlarında bile çalışır. Sadece birkaç on nanometre kalınlığında ve 400 nanometreden daha küçük boyutta olmalarına rağmen, nanoantenler mevcut en son teknolojide kullanılan çok daha büyük ve daha kalın sıvı kristallerle aynı işi yapıyor. Bu yeni cihazlar, yaklaşık 50.000 dpi’lik gerekli piksel yoğunluklarına ulaşmaktadır.

Plazmonik Polimer Nanoanten

Solda: Dielektrik (camsı) duruma geçirilmiş plazmonik polimer nanoanteni gösteren görüntü. Alttan gelen ışık huzmesi, saptırılmadan yukarıya doğru geçer. Sağ: Plazmonik polimer nanoanteni gösteren resim, metalik duruma geçmiş. Alttan gelen ışık demeti numuneden geçerken yana sapar. Işık ayrıca, tepeye doğru hareket ederken kullanım şeklini de değiştirir (spiral ışığın farklı dönüş yönüne bakın). Kredi: Stuttgart Üniversitesi/PI4, Julian Karst

Karst, bir voltaj uygulayarak bir kızılötesi lazer ışınını bir tarafa 10 derece saptırabilen nanoantenlerden basit bir hologram meta yüzey yarattı. Şu anda, otomotiv endüstrisinin yakından ilgilendiği otonom araçlardaki LIDAR cihazlarındaki uygulamalar için bu sapmayı birçok açıda kullanılabilir hale getirmek için çalışıyor. Ek olarak Karst, optik bir lens gibi davranan ve basitçe ±1 Volt uygulanarak açılıp kapatılabilen bir hologram yarattı. Bu teknoloji, uygulanan voltajı değiştirerek geniş açıdan telefotoya yakınlaştırılabilen gelecekteki akıllı telefon kameraları veya optik sensörler için çok önemlidir. Şu anda, bu işlevsellik için dört adede kadar lens gereklidir.

Gelecekte, Prof. Harald Giessen ve ekibi, hologramları video hızlarında dinamik olarak değiştirmek için her bir pikseli ayrı ayrı ele almayı hedefliyor. Ayrıca, polimer nanoantenlerin optik özellikleri, kimyagerler ve malzeme bilimcilerle işbirliği gerektiren görünür dalga boyu aralığına kaydırılmalıdır. Mühendislerle birlikte, entegre ve dinamik olarak değiştirilebilen optik ekranlar ve ilk hareketli hologramlar, AR/VR gözlüklerine ve sonunda akıllı telefon ekranlarına ve hatta televizyonlara entegre edilebilir.

Moore’un görüntüleme teknolojisi yasasını alarak, bu yaklaşık 100 faktörlük ilerleme, 2035 yılı civarında ticari olarak gerçekleşebilir.

Referans: Julian Karst, Moritz Floess, Monika Ubl, Carsten Dingler, Claudia Malacrida, Tobias Steinle, Sabine Ludwigs, Mario Hentschel ve Harald Giessen, “Elektriksel olarak değiştirilebilir metalik polimer nanoantenler”, 28 Ekim 2021, Science.
DOI: 10.1126/science.abj3433





#Holografik #Video #Teknolojisi #için #Geliştirilen #Elektriksel #Olarak #Değiştirilebilir #Nanoantenler