От смартфонов и телевизоров до кредитных карт — технологии, управляющие светом, прочно вошли в нашу повседневную жизнь, и многие из них основаны на принципах голографии. Однако у традиционных голографических технологий были свои ограничения: например, они не позволяли отображать на одном экране сразу несколько изображений и обеспечить при этом высокое качество картинки. Недавно исследовательская группа под руководством профессора Чунсука Ро из Университета науки и технологий ПОСТЕХ (POSTECH, Южная Корея) разработала инновационную метаповерхность, которая способна показывать до 36 высококачественных изображений на поверхности, толщина которой меньше человеческого волоса. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

В основе достижения лежит специальная наноструктура — метаповерхность. Она в сотни раз тоньше человеческого волоса и позволяет точно управлять прохождением света. Ученые создали наноразмерные столбики из нитрида кремния — материала, отличающегося прочностью и отличной оптической прозрачностью. Эти столбики, получившие название «мета-атомы», обеспечивают тонкую настройку светового потока на метаповерхности.

Одной из поразительных особенностей новой технологии является возможность выводить совершенно разные изображения в зависимости как от длины волны (цвета) света, так и от его поляризации (направления вращения). Например, при освещении метаповерхности левополяризованным красным светом появляется изображение яблока, а при правополяризованном — изображение машины. Таким образом, исследователи смогли закодировать 36 разных изображений с шагом в 20 нанометров внутри видимого спектра, а также 8 изображений — на диапазоне от видимого до ближнего инфракрасного света, всё это — на одной метаповерхности.

Отличительной чертой этой разработки стало не только упрощение проектирования и производства, но и значительное повышение качества изображений. Для устранения помех и перекрёстных наводок между разными каналами изображения команда ученых внедрила специальный алгоритм подавления шума, что позволило получать чистые и четкие картинки.

«Это первый случай, когда удалось совместить мультиплексирование по спину и длине волны с помощью единой фазовой оптимизации при минимальном уровне шума и высокой чёткости изображений», — отметил профессор Ро. — «Благодаря своей масштабируемости и коммерческому потенциалу эта технология открывает новые перспективы для оптических систем хранения данных, защищённых систем шифрования и многоканальных дисплеев».

Исследование поддержано программой POSCO Holdings N.EX.T Impact, а также программой Pioneer Program for Converging Technology Национального исследовательского фонда Кореи при поддержке Министерства науки и ИКТ.