視頻會議在COVID-19大流行期間發揮了關鍵作用，並將在未來主導許多會議。為了實現面對面對話的真實感覺需要實現三維視頻，然而迄今為止全息技術仍然缺失。德國斯圖加特大學的研究人員現在引入了一種全新的方法來實現這種動態的全息顯示，其基礎是由導電金屬聚合物製成的可電動切換的等離子體納米天線。
這一關鍵因素為實現視頻速率的全息顯示提供了缺失的技術，這將使虛擬會議具有”真實生活”的感覺。詳細介紹這項工作的論文已於2021年10月28日發表在權威雜誌《科學》上。
未來的虛擬會議。右邊的會議成員戴着VR/AR護目鏡，上面顯示着左邊女士的全息圖。
全息技術能夠創造令人印象深刻的三維靜態圖像是眾所周知的。到目前為止，利用高速互聯網連接的數據以視頻速率切換的動態全息圖是不可能的。在此之前，限制因素是顯示器的分辨率。全息圖像需要50000dpi（每英寸像素）的分辨率，這比最好的智能手機顯示屏高出100倍。為了達到這樣的分辨率，我們必須將像素的大小減少到半微米（千分之一毫米）。然而，目前的液晶技術不允許有這麼小的像素，被限制在幾微米的像素大小。
斯圖加特大學的研究人員已經成功地打破了這個基本障礙。在物理學和化學的跨學科合作中，他們提出了使用尺寸僅為幾百納米、由導電聚合物製成的可電動切換的等離子體納米天線的想法。
可用於電動納米天線切換的金屬聚合物元表面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
幾年來，研究人員已經創造了能產生靜態3D全息圖的元表面。然而，他們的組件或納米天線由金或鋁等金屬組成，無法像普通液晶材料那樣進行切換。在尋找合適的材料數年後，博士生Julian Karst和Harald Giessen教授小組的納米光子學專家Mario Hentschel博士與高分子化學家Sabine Ludwigs教授及其團隊一起，確定了導電聚合物為可切換等離子體的可能候選材料。薩賓·路德維希斯貢獻了她在此類功能性聚合物的電化學開關方面的專業知識，這也是2000年化學諾貝爾獎的焦點。
到目前為止，這種材料主要用於柔性顯示器和太陽能電池中的電流傳輸。在與潔凈室負責人Monika Ubl的合作下，Karst和Hentschel開發了一種工藝，利用電子束光刻和蝕刻的組合對金屬聚合物進行納米結構化，從而創造出等離子體納米天線。研究小組表明，通過施加負一伏和正一伏之間的電壓，納米天線的光學外觀可以在有光澤的金屬和透明材料之間進行切換。這種切換效果甚至在30赫茲的視頻速率下也能發揮作用。儘管只有幾十納米的厚度和不到400納米的尺寸，但納米天線與目前最先進技術中使用的更大更厚的液晶做着同樣的工作。這些新設備達到了所需的像素密度，約為50000dpi。
左圖：顯示質子聚合物納米天線的圖像，切換到電介質（玻璃質）狀態。從底部的光束剛剛通過頂部，沒有被偏轉。右圖：顯示質子聚合物納米天線的圖像，切換到金屬狀態。來自底部的光束在通過樣品時被偏轉到側面。
卡斯特用納米天線創造了一個簡單的全息圖元表面，通過施加電壓可以將紅外激光束偏轉10度到一側。目前，他正在努力使這種偏轉可用於許多角度，以應用於自動駕駛車輛的激光雷達設備，這對汽車行業具有濃厚的興趣。此外，卡斯特創造了一種全息圖，其行為就像一個光學透鏡，可以打開和關閉。
這項技術對於未來的智能手機攝像頭或光學傳感器至關重要，通過切換施加的電壓可以從廣角放大到長焦。目前，要實現這一功能需要多達四個鏡頭。
在未來，哈拉爾德·吉森教授和他的團隊的目標是單獨解決每一個像素，以視頻速率動態地改變全息圖的內容。此外，聚合物納米天線的光學特性必須轉移到可見光波長範圍，這需要與化學家和材料科學家合作。與工程師一起，集成的、可動態切換的光學顯示器和第一個移動全息圖可以被集成到AR/VR護目鏡中，並最終集成到智能手機屏幕甚至電視上。
根據顯示技術的摩爾定律，這項技術可在2035年左右實現商業化。