Создан самый тонкий в мире голографический материал

Голограмма — это трехмерное изображение, создаваемое с помощью лазера. Голограмма является записью интерференционной картины, которая возникает, когда складывают две волны: одна из них идет непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). Важно, чтобы длины волн объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом и разность их фаз (сдвиг одной волны относительно другой) не менялась в течение всего времени записи.

Обычные голограммы изменяют фазу света на основе замедления распространения волн в трехмерных материалах. Для этого толщина голографического материала должна быть примерно равна оптической длине волны. Но такие «толстые» материалы трудно было внедрить в портативные устройства вроде современных смартфонов или наручных умных часов. Длина волны лазера для голографии находится в диапазоне около 600 нм. Расчеты показывают, что толщина слоя традиционного (например, ниобат лития) материала для голографии должна быть в районе 2 мкм.

Но команде исследователей из Австралии удалось преодолеть это ограничение, использовав материал из класса топологических изоляторов.

Топологические изоляторы — это квантовые материалы, то есть их свойства проявляются на наноуровне (в отличие от наноматериалов — содержащих наночастицы). Особенность его в том, что он имеет низкий показатель преломления на его поверхности, но сверхвысокий показатель преломления внутри слоя. В данном случае материал представляет собой пленку толщиной 25 нанометров из теллурида сурьмы на кремниевой пластине. За счет разницы коэффициентов преломления на поверхности и в глубине световая волна в слое теллурида сурьмы преломляется много раз — достигается необходимая разность фаз и возникает эффект 3D-голограммы. В обычном материале многократного преломления не происходит, если его толщина меньше длины волны, — она просто проходит его насквозь.

При эксперименте исследователи получили квадратную голограмму длиной три миллиметра, но утверждают, что изображение может быть увеличено. Также они сообщают, что относительно простая схема получения голограмм позволит использовать изобретение для массового производства.

Голограммы можно будет использовать как в смартфонах и планшетах для обработки изображений, так и для защиты кредитных карт и денежных купюр от подделок.

Ранее проводились эксперименты по изготовление ультратонких материалов для голограмм, но они требовали дорогостоящего оборудования (как при ионно-лучевой литографии) и значительных временных затрат на производство, поэтому не смогли получить распространения.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.