Prof. Dr. Thomas Zentgraf, Leiter der Arbeitsgruppe ?Ultraschnelle Nanophotonik“ am Department Physik der Universit?t Paderborn, ist es gelungen, zusammen mit Prof. Dr. Shuang Zhang von der Universit?t Birmingham erstmals hocheffiziente Meta-Material-Hologramme in einer extrem dünnen Schicht herzustellen.
Für seine Hologramme verwendet er eine spezielle nanostrukturierte Oberfl?che, die schon bei früheren Entwicklungen in seiner Arbeitsgruppe eingesetzt wurde. Nun konnte durch ein besonderes Verfahren mittels ?berlagerung verschiedener Lichtwellen die Helligkeit dieser Hologramme um nahezu 800 Prozent gesteigert werden. ?Mit dieser Effizienzsteigerung sind wir nah am theoretischen erwarteten Wert für unsere neuartigen Hologramme angekommen“, sagt Thomas Zentgraf.
Das Besondere an den entwickelten Meta-Material-Hologrammen sind deren geringe Dicke von nur 250 Nanometern (nm), also ca. 400-mal dünner als ein Blatt Papier, und die extrem hohe Informationsdichte (ca. 7-mal h?her als bei einer DVD). Diese erm?glicht es, hochaufl?sende Hologramme zu erzeugen. ?Die Information in unseren Hologrammen wird durch eine gezielte Anordnung von winzig kleinen Stabantennen gespeichert. Bei der Beleuchtung mit Licht kann diese Information dann wieder abgerufen und somit ein Bild des ursprünglichen Objektes rekonstruiert werden“, erl?utert Holger Mühlenbernd, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe.
Im Vergleich zu früheren Arbeiten verwendeten die Forscher jedoch einen zus?tzlichen Interferenzeffekt, der von der dünnen Schicht selbst erzeugt wird. ?Dieser Effekt ist identisch zur Entstehung der schillernden Farberscheinungen bei Seifenblasen“, erl?utert Holger Mühlenbernd. Das Farbspiel bei Seifenblasen entsteht durch eine ?berlagerung des reflektierten Lichts an der Vorder- und Rückseite der dünnen Seifenhaut. ?Die Kombination dieses Effektes mit der starken Wechselwirkung der kleinen Antennen mit dem Licht führt so zu einer drastischen Verbesserung der Lichtausbeute und deutlich helleren Bildern“, erg?nzt Holger Mühlenbernd. Die starke Wechselwirkung der Antennen mit dem einfallenden Licht erm?glicht es zudem, eine kleine Information in jeder Antenne zu speichern und diese mit dem Licht für die Bilderzeugung wieder abzurufen.
Insbesondere die Lichtausbeute war bei den bisherigen Meta-Material-Hologrammen mit den nanoskopisch kleinen Antennen sehr gering. Durch den zus?tzlichen Interferenzeffekt kann nun das eingestrahlte Licht fast vollst?ndig für das projizierte Bild genutzt werden.
?Unsere Entwicklung führt zu einer deutlichen Verbesserung der Effizienz dieser nanostrukturierten Hologramme und er?ffnet somit den Einsatz in kommerziellen Anwendungen“, sagt Thomas Zentgraf: ?Insbesondere bei der Informationsdarstellung auf kleineren Fl?chen oder bei der Interaktion mit mobilen Ger?ten k?nnte diese Technik, z. B. zur Projektion von virtuellen Tastaturen, eingesetzt werden.“ Die Vorteile der nanostrukturierten Hologramme im Vergleich zu klassischen Herstellungsverfahren liegen unter anderem in einem deutlich vergr??erten Blickfeld, der Vermeidung von Zwillingsbildern und der h?heren Aufl?sung.
Prof. Dr. Thomas Zentgraf leitet am Department Physik der Universit?t Paderborn die Arbeitsgruppe ?Ultraschnelle Nanophotonik“ und ist Mitglied der Zentralen Wissenschaftlichen Einrichtung ?Center of Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP)“. Seine Arbeitsgruppe besch?ftigt sich mit der Entwicklung von künstlichen optischen Materialien sowie neuen Konzepten zur Beeinflussung der Lichtausbreitung.
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Die Originalpublikation kann angesehen werden unter: http://www.nature.com/nnano
