تم تطوير أجهزة Nanoantennas القابلة للتحويل كهربائيًا من أجل تقنية الفيديو الثلاثية الأبعاد
Nanoantennas قابلة للتحويل كهربائيًا

يقوم الباحثون بتطوير نانانتينات قابلة للتحويل كهربائيًا كأساس لتقنية الفيديو الهولوغرافي. الائتمان: جامعة شتوتغارت / PI4 ، جوليان كارست

الشعور الواقعي في مؤتمرات الفيديو عبر الإنترنت

لعبت مؤتمرات الفيديو دورًا رئيسيًا خلال جائحة Covid-19 ومن المقرر أن تهيمن على العديد من الاجتماعات في المستقبل. لإدراك الشعور الحقيقي للحوار وجهاً لوجه ، يلزم وجود فيديو ثلاثي الأبعاد ومع ذلك لا تزال تقنية التصوير المجسم مفقودة. قدم باحثون في جامعة شتوتغارت في ألمانيا نهجًا جديدًا تمامًا لتحقيق مثل هذه العروض الديناميكية الثلاثية الأبعاد ، استنادًا إلى النانانتينا البلازمية القابلة للتحويل كهربائيًا المصنوعة من البوليمرات المعدنية الموصلة. يوفر هذا العنصر الأساسي التكنولوجيا المفقودة لتمكين العروض الثلاثية الأبعاد بمعدل الفيديو ، والتي من شأنها تمكين المؤتمرات الافتراضية بشعور “حقيقي”. نُشرت الورقة التي تتناول بالتفصيل هذا العمل في المجلة الرائدة علم في 28 أكتوبر 2021.

صورة ثلاثية الأبعاد للاجتماع الافتراضي

اجتماع افتراضي في المستقبل: عضو المؤتمر على اليمين يرتدي نظارات VR / AR ، والتي تعرض صورة ثلاثية الأبعاد للسيدة على اليسار. الائتمان: جامعة شتوتغارت / PI4 ، جوليان كارست

الصور المجسمة التي تخلق صورًا ثابتة ثلاثية الأبعاد رائعة معروفة جيدًا. الصور المجسمة الديناميكية القابلة للتحويل بمعدلات الفيديو باستخدام البيانات من اتصال إنترنت عالي السرعة غير ممكنة حتى الآن. في السابق ، كان العامل المحدد هو دقة العرض. تتطلب الصور الثلاثية الأبعاد دقة تبلغ 50000 نقطة في البوصة (بكسل في البوصة) وهو ما يزيد 100 مرة عن أفضل شاشات الهاتف الذكي. للحصول على مثل هذا الدقة ، يتعين على المرء تقليل حجم البكسل إلى نصف ميكرومتر (جزء من ألف من المليمتر). ومع ذلك ، فإن تقنية الكريستال السائل الحالية لا تسمح بمثل هذه البكسلات الصغيرة ، حيث تقتصر على بضعة ميكرومترات من حجم البكسل.

نجح باحثون في جامعة شتوتغارت في كسر هذا الحاجز الأساسي. في تعاون متعدد التخصصات بين الفيزياء والكيمياء ، طوروا فكرة استخدام nanoantennas plasmonic القابلة للتحويل كهربائيًا بأبعاد لا تزيد عن بضع مئات من النانومترات ومصنوعة من بوليمرات موصلة.

البوليمر المعدني Metasurface Nanoantenna

مسح صورة المجهر الإلكتروني (SEM) لسطح البوليمر المعدني الذي يمكن استخدامه للتبديل النانوي الكهربائي. الائتمان: جامعة شتوتغارت / PI4 ، جوليان كارست

البوليمرات الوظيفية الموصلة كمادة مناسبة قابلة للتحويل

لعدة سنوات ، ابتكر الباحثون أسطحًا خارقة تولد صورًا ثلاثية الأبعاد ثابتة. ومع ذلك ، فإن مكوناتها ، أو nanoantennas ، تتكون من معادن مثل الذهب أو الألومنيوم التي لا يمكن تبديلها مثل المواد البلورية السائلة الشائعة. بعد البحث لعدة سنوات عن المادة المناسبة ، حدد طالب الدكتوراه جوليان كارست وخبير الفوتونات النانوية الدكتور ماريو هينتشل من مجموعة البروفيسور هارالد جيسن ، جنبًا إلى جنب مع كيميائية البوليمرات البروفيسور سابين لودويغ وفريقها ، البوليمرات الموصلة كهربائيًا كمرشحين محتملين plasmonics قابلة للتحويل. ساهمت Sabine Ludwigs بخبرتها في التبديل الكهروكيميائي لمثل هذه البوليمرات الوظيفية ، والتي كانت محور تركيز 2000 في جائزة نوبل في الكيمياء.

حتى الآن ، كانت هذه المواد تستخدم في الغالب للنقل الحالي في شاشات عرض مرنة وخلايا شمسية. بالتعاون مع رئيس غرفة الأبحاث Monika Ubl ، طور Karst و Hentschel عملية لهيكل البوليمرات المعدنية النانوية باستخدام مزيج من الطباعة الحجرية بالحزمة الإلكترونية والحفر ، وبالتالي إنشاء النانو النانوية البلازمية. أظهر الفريق أن المظهر البصري للنانانو يمكن تبديله بين معدن لامع ومادة شفافة عن طريق تطبيق جهد بين سالب زائد واحد فولت. يعمل تأثير التبديل هذا حتى بمعدلات فيديو تبلغ 30 هرتز. على الرغم من أن سمكها لا يتجاوز بضع عشرات من النانومترات وأقل من 400 نانومتر في الحجم ، فإن النانانتينات تقوم بنفس المهمة مثل البلورات السائلة الأكبر والأكثر سمكًا المستخدمة في أحدث التقنيات الحالية. تصل هذه الأجهزة الجديدة إلى كثافة البكسل المطلوبة والتي تبلغ حوالي 50.000 نقطة في البوصة.

Plasmonic Polymer Nanoantenna

على اليسار: صورة تعرض بوليمر نانو أنتينا البلازموني ، وتحولت إلى الحالة العازلة (زجاجية). يمر شعاع الضوء من الأسفل إلى الأعلى دون أن ينحرف. إلى اليمين: صورة تُظهر البلازمونيك البوليمر النانوي ، تحولت إلى الحالة المعدنية. ينحرف شعاع الضوء من الأسفل إلى الجانب عند المرور عبر العينة. يغير الضوء أيضًا نفوذه (انظر اتجاه الدوران المختلف للضوء المتصاعد) عند السفر إلى الأعلى. الائتمان: جامعة شتوتغارت / PI4 ، جوليان كارست

ابتكر كارست شكلًا بسيطًا وصوليًا ثلاثي الأبعاد من nanoantennas يمكنه تحويل شعاع ليزر الأشعة تحت الحمراء بمقدار 10 درجات إلى جانب واحد عن طريق تطبيق جهد. حاليًا ، يعمل على جعل هذا الانحراف متاحًا للعديد من الزوايا للتطبيقات في أجهزة LIDAR في المركبات ذاتية القيادة ، والتي تهم صناعة السيارات بشدة. بالإضافة إلى ذلك ، أنشأ Karst صورة ثلاثية الأبعاد تتصرف مثل العدسة البصرية ، والتي يمكن تشغيلها وإيقاف تشغيلها ببساطة عن طريق تطبيق ± 1 فولت. هذه التقنية ضرورية لكاميرات الهواتف الذكية المستقبلية أو أجهزة الاستشعار البصرية التي يمكن تكبيرها من زاوية واسعة إلى المقربة عن طريق تبديل الجهد المطبق. حاليًا ، يلزم ما يصل إلى أربع عدسات لهذه الوظيفة.

في المستقبل ، يهدف البروفيسور Harald Giessen وفريقه إلى معالجة كل بكسل على حدة ، لتغيير الصور المجسمة ديناميكيًا حسب الرغبة بمعدلات الفيديو. أيضًا ، يجب تحويل الخصائص البصرية للبوليمر النانوي إلى نطاق الطول الموجي المرئي ، الأمر الذي يتطلب التعاون مع الكيميائيين وعلماء المواد. جنبًا إلى جنب مع المهندسين ، يمكن دمج شاشات العرض الضوئية المدمجة والقابلة للتحويل ديناميكيًا وأول صورة ثلاثية الأبعاد متحركة في نظارات AR / VR وفي النهاية على شاشات الهواتف الذكية وحتى أجهزة التلفزيون.

مع الأخذ في الاعتبار قانون مور لتكنولوجيا العرض ، يمكن أن يحدث هذا التقدم بنحو 100 عامل تجاريًا في حوالي عام 2035.

المرجع: “nanoantennas البوليمر المعدني القابل للتحويل كهربائيًا” بقلم جوليان كارست ، موريتز فلوس ، مونيكا أوبل ، كارستن دينجلر ، كلوديا مالاكريدا ، توبياس شتاينل ، سابين لودفيغ ، ماريو هينتشل وهارالد جيسين ، 28 أكتوبر 2021 ، العلوم.
DOI: 10.1126 / science.abj3433

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *