«Девушку с жемчужной сережкой» нарисовали наностолбиками с изменяемой яркостью
---
Ян Вермеер, «Девушка с жемчужной сережкой» (1665 год, фрагмент)
Wikimedia Commons
Физики создали микроструктуру из наностолбиков, с помощью
изменения формы и пространственной ориентации которых можно регулировать не
только цвет, но и яркость проходящего сквозь них света. Изменяемая интенсивность излучения каждого «пикселя» в такой структуре позволила ученым
работать со светотенью и получать реалистичные глубокие изображения. В качестве
примера исследователи воссоздали «Девушку с жемчужиной сережкой» — знаменитую картину
нидерландского художника Яна Вермеера. Как сообщают авторы статьи, опубликованной
в журнале Optica, такая
техника позволяет создавать фотографичные изображения чрезвычайно малых размеров
с плавным смешением цвета, а в будущем технологию можно будет использовать при оптоволоконной передаче информации.
Ученые уже давно научились использовать наноструктуры для окрашивания
попадающего на них света: в подобных устройствах регулирование размеров структур приводит
к изменению резонансной частоты, на которой они излучают. В большинстве случаев это работает благодаря плазмонным резонансам в металлических наноструктурах, но недавно физики смогли использовать для этого и диэлектрические метаматериалы,
принцип работы которых основан на резонансах в процессе рассеяния
Ми. Однако такие технологии не предполагают изменения яркости конечного
излучения, а работа со светотенью необходима для создания реалистичных
изображений.
Теперь же исследователи из Китая и США при участии Пончэн Хо (Pengcheng Huo) из Нанкинского университета научились изменять яркость проходящего сквозь наноструктуру света и создавать с помощью этого детализированные изображения. В качестве
холста ученые использовали метаповерхность — набор эллиптических
наностолбиков из диоксида титана на плоской подложке из диоксида кремния. Структуру создали с помощью электронной
литографии с последующим атомно-слоевым
осаждением, что позволило ученым крайне точно регулировать размер и форму
напыляемых наноструктур.
Каждому «пикселю» конечного изображения соответствовали пять наностолбиков трех разных размеров: два столбика с большой и малой осью в 250
и 50 нанометров, еще два — с осями в 320 и 80 нанометров, и последний — в 440 и 170
нанометров. Самые маленькие в сечении столбики при попадании на них белого
света светились синим, средние — зеленым, а самый большой — красным, а высота наноструктур была равна 600 нанометрам.
В процессе изготовления физики рассчитывали и меняли
угол между осью каждого наностолбика и направлением поляризации падающего на
структуру белого света. Подобные эллиптические наноструктуры поляризуют излучение, а значит, таким образом ученые могли менять интенсивность свечения каждого из наностолбика и плавно переходить между цветами и
их яркостью, вплоть до полного затемнения.
(a) – схема формирования изображения, (b) – спектры излучения различных наностолбиков в случае, если большая полуось параллельна поляризации падающего света (сплошная линия) или находится под углом к ней (пунктир) (c,d) – расположение наностолбиков, (e) – полученное изображение.
Pengcheng Huo et al. / Optica, 2020
Для демонстрации такого способа формирования изображений на
наномасштабе физики посветили на метаповерхность белым поляризованным
светом, и получили точную (за исключением размера) копию «Девушки с жемчужиной сережкой» Яна Вермеера. Размер изображения не превысил двух квадратных миллиметров, а цвета и тени картины были достаточно близки к оригиналу. Несмотря на такую художественность демонстрации, разработанная технология может использоваться и в прикладных целях: к примеру, для регулирования
яркости и длин волн излучения при оптоволоконной передаче информации.
Наноструктуры могут использоваться не только для изменения
цвета или интенсивности излучения, но и для его фокусировки: ранее мы
рассказывали о том, как физики с помощью металинзы сфокусировали свет
во всем видимом диапазоне. А с помощью нанесения на стекло нанотекстур, похожих
на описанные выше наностолбики, химики сделали его
прозрачнее.
Никита Козырев
Источник: labuda.blog
Комментарии (0)
{related-news}
[/related-news]