Физики приблизились к созданию "живых" голограмм, подобных знаменитой принцессе Лее из фильма "Звёздные войны".


Новости про движущиеся голограммы редко обходятся без упоминания принцессы Леи с её знаменитым: "Помоги мне, Оби-Ван Кеноби…". Однако до сих пор подобная трёхмерная визуализация остаётся чем-то из области научной фантастики. Но учёные из Мичиганского университета (University of Michigan) планируют произвести переворот в 3D-голографии с помощью закрученных в спираль полупроводников.

Голография была изобретена ещё в 1947 году и получила широкое распространение после появления первых лазеров. Объёмное интерференционное изображение записывается с помощью лазерного луча, разделённого на два пучка. Так называемый опорный луч огибает фотографируемый предмет при помощи зеркал и падает на особую фотоплёнку. Одновременно в ту же точку попадает предметный луч, отражённый от объекта. Если после этого осветить плёнку светом с длиной волны, близкой к опорному лучу, это вызовет отражение записанного трёхмерного изображения.

Но если в случае со статической картинкой световые волны как будто застывают в воздухе, для движущейся голограммы необходимо закручивать свет так, чтобы он очень быстро изменял свои свойства, такие как фаза или поляризация.

Профессор Николай Котов (Nicholas Kotov) и его коллеги решили использовать для этих целей излучающий свет полупроводник теллурид кадмия. Как правило, такие материалы изготовлены в виде пластин или проводов, но учёные поняли, что, если на наноуровне закрутить такой полупроводник по спирали, он сможет играть роль волновода, придающего свету необходимые свойства.

Исследователи обратили внимание на витую структуру некоторых белков, которую обеспечивает аминокислота цистеин. Они поместили тончайшие фрагменты полупроводника в раствор, содержащий наночастицы с цистеином, которые покрыли нити и закрутили их в спираль. При этом команда с удивлением обнаружила, что 98% спиралей оказались завитыми по часовой стрелке.


"Направление спирали белков определяется геометрическим свойством аминокислот, и мы обнаружили, что работающие вместе молекулы распространённой аминокислоты – цистеина – могут скручивать не только белок, но и полупроводники", – объясняет Котов в пресс-релизе университета.


Полученные элементы, напоминающие микроскопические макароны фузилли, могут быть встроены в экран телевизоров или смартфонов для управления свойствами света, необходимыми для демонстрации динамических 3D-объектов.


"В ходе этого эксперимента мы были уверены, что наша на первый взгляд безумная идея, использовать набор инструментов из биологии для реализации задач индустрии полупроводников, на самом деле не такая уж сумасшедшая", – говорит Котов.


В ходе экспериментов команда пропускала через полупроводники свет и регистрировала свойства фотонов. Затем с помощью компьютерного моделирования учёные разработали основные принципы и методы для создания объёмных изображений разных цветов. Учёные подчёркивают, что результаты работы, опубликованные в журнале Science Advances, являются лишь первым шагом на пути к созданию движущихся голограмм, но довольно многообещающим.





Ранее стало известно, что голограммы можно перезаписывать с помощью притягивающего луча, а самую миниатюрную из них удалось создать с помощью углеродных нанотрубок.