視頻會議在COVID-19大流行期間發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并將在未來主導(dǎo)許多會議。為了實現(xiàn)面對面對話的真實感覺需要實現(xiàn)三維視頻，然而迄今為止全息技術(shù)仍然缺失。德國斯圖加特大學(xué)的研究人員現(xiàn)在引入了一種全新的方法來實現(xiàn)這種動態(tài)的全息顯示，其基礎(chǔ)是由導(dǎo)電金屬聚合物制成的可電動切換的等離子體納米天線。

　　這一關(guān)鍵因素為實現(xiàn)視頻速率的全息顯示提供了缺失的技術(shù)，這將使虛擬會議具有“真實生活”的感覺。詳細介紹這項工作的論文已于2021年10月28日發(fā)表在權(quán)威雜志《科學(xué)》上。

　　未來的虛擬會議。右邊的會議成員戴著VR/AR護目鏡，上面顯示著左邊女士的全息圖。

　　全息技術(shù)能夠創(chuàng)造令人印象深刻的三維靜態(tài)圖像是眾所周知的。到目前為止，利用高速互聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)以視頻速率切換的動態(tài)全息圖是不可能的。在此之前，限制因素是顯示器的分辨率。全息圖像需要50000dpi（每英寸像素）的分辨率，這比ZUI好的智能手機顯示屏高出100倍。為了達到這樣的分辨率，我們必須將像素的大小減少到半微米（千分之一毫米）。然而，目前的液晶技術(shù)不允許有這么小的像素，被限制在幾微米的像素大小。

　　斯圖加特大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功地打破了這個基本障礙。在物理學(xué)和化學(xué)的跨學(xué)科合作中，他們提出了使用尺寸僅為幾百納米、由導(dǎo)電聚合物制成的可電動切換的等離子體納米天線的想法。

　　可用于電動納米天線切換的金屬聚合物元表面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。

　　幾年來，研究人員已經(jīng)創(chuàng)造了能產(chǎn)生靜態(tài)3D全息圖的元表面。然而，他們的組件或納米天線由金或鋁等金屬組成，無法像普通液晶材料那樣進行切換。在尋找合適的材料數(shù)年后，博士生Julian Karst和Harald Giessen教授小組的納米光子學(xué)專家Mario Hentschel博士與高分子化學(xué)家Sabine Ludwigs教授及其團隊一起，確定了導(dǎo)電聚合物為可切換等離子體的可能候選材料。薩賓·路德維希斯貢獻了她在此類功能性聚合物的電化學(xué)開關(guān)方面的專業(yè)知識，這也是2000年化學(xué)諾貝爾獎的焦點。

　　到目前為止，這種材料主要用于柔性顯示器和太陽能電池中的電流傳輸。在與潔凈室負責人Monika Ubl的合作下，Karst和Hentschel開發(fā)了一種工藝，利用電子束光刻和蝕刻的組合對金屬聚合物進行納米結(jié)構(gòu)化，從而創(chuàng)造出等離子體納米天線。研究小組表明，通過施加負一伏和正一伏之間的電壓，納米天線的光學(xué)外觀可以在有光澤的金屬和透明材料之間進行切換。這種切換效果甚至在30赫茲的視頻速率下也能發(fā)揮作用。盡管只有幾十納米的厚度和不到400納米的尺寸，但納米天線與目前ZUI先進技術(shù)中使用的更大更厚的液晶做著同樣的工作。這些新設(shè)備達到了所需的像素密度，約為50000dpi。

　　左圖：顯示質(zhì)子聚合物納米天線的圖像，切換到電介質(zhì)（玻璃質(zhì)）狀態(tài)。從底部的光束剛剛通過頂部，沒有被偏轉(zhuǎn)。右圖：顯示質(zhì)子聚合物納米天線的圖像，切換到金屬狀態(tài)。來自底部的光束在通過樣品時被偏轉(zhuǎn)到側(cè)面。

　　卡斯特用納米天線創(chuàng)造了一個簡單的全息圖元表面，通過施加電壓可以將紅外激光束偏轉(zhuǎn)10度到一側(cè)。目前，他正在努力使這種偏轉(zhuǎn)可用于許多角度，以應(yīng)用于自動駕駛車輛的激光雷達設(shè)備，這對汽車行業(yè)具有濃厚的興趣。此外，卡斯特創(chuàng)造了一種全息圖，其行為就像一個光學(xué)透鏡，可以打開和關(guān)閉。

　　這項技術(shù)對于未來的智能手機攝像頭或光學(xué)傳感器至關(guān)重要，通過切換施加的電壓可以從廣角放大到長焦。目前，要實現(xiàn)這一功能需要多達四個鏡頭。

　　在未來，哈拉爾德·吉森教授和他的團隊的目標是單獨解決每一個像素，以視頻速率動態(tài)地改變?nèi)D的內(nèi)容。此外，聚合物納米天線的光學(xué)特性必須轉(zhuǎn)移到可見光波長范圍，這需要與化學(xué)家和材料科學(xué)家合作。與工程師一起，集成的、可動態(tài)切換的光學(xué)顯示器和第一個移動全息圖可以被集成到AR/VR護目鏡中，并ZUI終集成到智能手機屏幕甚至電視上。

　　根據(jù)顯示技術(shù)的摩爾定律，這項技術(shù)可在2035年左右實現(xiàn)商業(yè)化。