Американские физики разработали технологию, которая позволяет создавать голографические изображения в инфракрасном спектре излучения при помощи метаматериала на основе золотых наноструктур и подложки из кремния и германия, и опубликовали «рецепт» изготовления таких фантомов в статье в журнале Nature Materials.

Развитие нанотехнологий в последние два десятилетия значительно расширило возможности и рабочий спектр оптических устройств. Метаматериалы (композиционные материалы, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой) с экзотическими оптическими свойствами, плазмонные резонаторы и фотонные кристаллы становятся основой для микроволновых «плащей-невидимок», сверхэффективных солнечных батарей, плоских «кривых» зеркал, нанолазеров и экономичной оптической памяти.

Группа ученых под руководством Стефана Ларуша (Stephane Larouche) из университета Дьюка в городе Дарем (США) использовала оптические метаматериалы для создания голограмм, видимых в инфракрасном излучении.

В качестве основы для голограммы используется пластина из двух слоев оксида кремния и германия, которые обычно используются в качестве подложки для кремниевых микрочипов. На эту поверхность физики наносили специальное защитное покрытие, которое затем убирали в нужных точках пластины при помощи электронной литографии.

Затем вся структура покрывалась тонким слоем золота, и защитное покрытие удалялось, в результате чего на поверхности оставался «мегаполис» из наноструктур трех типов – микроскопических кругов диаметром в 75 нанометров и чуть больших «зданий» в форме прямоугольника и латинской буквы I. Затем вся поверхность устройства еще раз покрывалась несколькими слоями кремния и «частоколами» из золотых наноструктур.

Благодаря этому, каждая точка пластины отражала волны различным образом, в зависимости от количества и пропорции фигур разного вида возле нее.

Ученые проверили свое изобретение, изготовив инфракрасную голограмму, на которой было «напечатано» название университета (Duke). После этого они осветили ее при помощи инфракрасного лазера и сфотографировали при помощи камеры, снимающей в этом диапазоне частот.

Ларуш и его коллеги смогли увидеть три буквы из четырех – D, U и K, а буква Е была плохо различимой из-за ошибок в наложении слоев наноструктур и их небольшого количества (три вместо запланированных семи). Тем не менее, технология оказалась полностью работоспособной.

По словам ученых, методику можно приспособить для изготовления голографических изображений и в других частях спектра. Для этого достаточно лишь переставить компоненты «мегаполиса» таким образом, что они будут отражать волны других частот.

«В прошлом наши способности по созданию оптических устройств были ограничены свойствами природных материалов. С появлением метаматериалов мы можем делать со светом все, что нам угодно. Помимо голограмм, наш подход можно использовать для создания самых различных приборов. Наши эксперименты позволили взглянуть на уникальные оптические возможности, которые дают сложные метаматериалы», – заключает Ларуш.