Hologramme auf Smartwatch und Co? Die holografische 3D-Projektion für Alltagselektronik rückt näher. Forschern ist es dank spezieller Quantenmaterialien gelungen, Hologramme zehnfach flacher zu machen als bisher. Mit der Weiterentwicklung könnten in Zukunft die Bildschirme von Smartphones um dreidimensionale Anzeigen erweitert werden, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten.
Ein Hologramm ist im Prinzip eine dreidimensionale Fotografie. Um dafür die Tiefeninformation zu kodieren, nutzt man einen geteilten Laserstrahl. Einer trifft auf das abzubildende Objekt, der andere strahlt direkt auf die Bildplatte. Weil sich durch die Reflexion am dreidimensionalen Objekt die Phasen des ersten Strahls gegenüber dem Referenzstrahl verschieben, entsteht ein Interferenzmuster. Dieses Muster kodiert die dreidimensionale Struktur des abgebildeten Objekts und wird durch erneute Bestrahlung in die fertige holografische Darstellung umgewandelt.
3D-Illusion in Bewegung
Mittlerweile kann die Phasenverschiebung von Objektstrahl und Referenzstrahl des Lasers auch am Computer berechnet werden, so dass keine realen Objekte mehr nötig sind. In Pilotprojekten wird daher bereits an Holografie-TV oder der Echtzeitübertragung von 3D-Bildern im Rahmen der Videotelefonie geforscht.
Ein Problem bisheriger Hologramme: „Konventionelle Hologramme sind für den Einsatz in vielen elektronischen Geräten schlicht zu groß“, erklärt Koautor Min Gu von der RMIT University in Melbourne. Doch bisher ließen sich die holografischen Projektionen nicht stark genug verkleinern, sie konnten nicht flacher werden als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes.
Ein Dino aus 25 Nanometern
Doch diese Einschränkung haben die Forscher nun überwunden. “ Sie schafften dies, indem sie die besonderen Eigenschaften eines Materials aus Antimon und Tellur (Sb2Te3) nutzten. Diese Verbindung verhält sich gegenüber Licht ungewöhnlich, weil sie an seiner Oberfläche einen niedrigen Brechungsidex hat, im Volumenmaterial jedoch einen extrem hohen, wie Gu erklärt. Der dünne Materialfilm fungiert wie ein Resonanzkörper, der die Phasenverschiebung für die Erzeugung holographischer Abbilder verstärkt.
Dass die Technik funktioniert, haben die Forscher bereits erfolgreich demonstriert. Mit einer nur 25 Nanometer dicken Platte erzeugten sie das dreidimensionale Abbild eines Dinosauriermodells. Damit war die Platte um ein Vielfaches dünner als das zur Bilderzeugung verwendete blaue, grüne oder rote Laserlicht zwischen 400 und 700 Nanometern Wellenlänge.
Hologramme fürs Handy?
Doch nicht nur die geringere Dicke der Hologramme ist fortschrittlich, wie Gu erklärt: „Unser Nano-Hologramm wird zudem mittels eines schnellen und einfachen Laser-Schreibsystems produziert. Damit eigent sich unser Konzept für den Großeinsatz und die industrielle Massenproduktion.“
„Der nächste Schritt ist die Entwicklung von starren dünnen Schichten, die auf einen LCD-Bildschirm aufgetragen werden könnten, um eine holografische Anzeige zu ermöglichen“, gibt Gus Kollege Zengyi Yue einen Ausblick auf die Zukunft. „Die Bildschirmgröße von Alltagselektronik wäre dann irrelevant“, ergänzt Gu. „Ein solches 3D Hologramm kann eine Fülle an Daten anzeigen, die sonst niemals auf den kleinen Bildschirm eines Handys oder einer Uhr passen würden.“ (Nature Communications, 2017; doi: 10.1038/NCOMMS15354)
(RMIT University, 22.05.2017 – CLU)
