Интеграция метаповерхностей и OLED: путь к массовой голографии на смартфонах

Представьте мир, где ваш смартфон проецирует трехмерных персонажей, парящих в воздухе, где виртуальные встречи ощущаются как присутствие в одной комнате, а медицинские данные визуализируются в виде точных голографических моделей. Этот футуристический сценарий долгое время оставался прерогативой научной фантастики, поскольку традиционные технологии создания голограмм были громоздкими, дорогими и сложными, требуя мощных лазеров.

Однако новое революционное исследование ученых из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии кардинально меняет правила игры. Им впервые удалось успешно объединить две передовые технологии — органические светодиоды (OLED) и голографические метаповерхности (HMs), — создав ультра-компактный и эффективный блок для голографических дисплеев будущего. Этот прорыв не только сулит сделать голографию доступной и массовой, но и открывает путь к принципиально новым устройствам в сфере коммуникаций, развлечений и медицины.

Обзор исследования

Суть открытия, опубликованного в журнале Light: Science & Applications, заключается в создании оптоэлектронного устройства, которое является симбиозом OLED и голографической метаповерхности. До этого момента голограммы создавались в основном с помощью сложных лазерных систем. OLED-технология, знакомая каждому по экранам смартфонов и телевизоров, представляет собой плоский источник света с поверхностным излучением. Ее ключевые преимущества — компактность, энергоэффективность и возможность легкой интеграции с другими компонентами. Голографическая метаповерхность — это искусственно созданный наноматериал, представляющий собой тонкий плоский массив из мельчайших структур, метаатомов, каждый из которых меньше ширины человеческого волоса. Эти метаатомы действуют как точные инженеры света, способные в нано-масштабе управлять его свойствами — фазой, амплитудой и поляризацией.

Гениальность работы исследователей из Сент-Эндрюс заключается в том, что они использовали OLED не как дисплей с тысячами пикселей, а как компактный источник света. Этот свет пропускается через голографическую метаповерхность, чьи метаатомы действуют как высокоточные фильтры или «хроматические метки», изменяющие свойства световых волн в каждом микроскопическом сегменте. Принцип интерференции, когда эти специально модифицированные волны накладываются друг на друга, позволяет на выходе формировать заранее запрограммированное объемное изображение. Таким образом, комбинация всего одного OLED-пикселя с метаповерхностью заменяет собой громоздкую лазерную установку, проецируя цельное изображение, а не собирая его из множества точек.

Значение и потенциальные применения

Этот прорыв имеет фундаментальное значение, так как он преодолевает два главных технологических барьера на пути голографии к массовому использованию: сложность и стоимость. Как отметил профессор Андреа Ди Фалько, данная работа устраняет одно из основных препятствий для внедрения метаматериалов в повседневные применения. Профессор Ифор Самуэль подчеркивает, что это открывает совершенно новое направление для самой технологии OLED, выводя ее за рамки традиционных дисплеев в область формирования сложных световых полей.

Наиболее очевидная и впечатляющая перспектива — это революция в устройствах виртуальной (VR) и дополненной реальности (AR). Вместо тяжелых шлемов с экранами можно будет создать легкие очки, которые проецируют голографические изображения прямо на сетчатку глаза или в пространство перед пользователем, создавая эффект полного погружения. Как отметили ученые, новый подход позволяет проецировать полное изображение с одного OLED-пикселя, что сулит кардинальное упрощение и миниатюризацию архитектуры дисплеев.

Помимо развлечений и игр, технология найдет применение в сверхбезопасных системах защиты от подделок (например, для банкнот или документов), в компактных биосенсорах для мгновенной диагностики заболеваний, в высокоскоростной оптической беспроводной связи (Li-Fi) и в создании принципиально новых микроскопов с невиданным ранее разрешением. Способность создавать миниатюрные и высокоинтегрированные метаповерхностные дисплеи открывает путь к их встраиванию в самые разные гаджеты — от умных часов до медицинских имплантов, — окончательно стирая грань между цифровым и физическим миром.