От смартфонов и телевизоров до банковских карт — технологии, управляющие светом, давно стали частью повседневности. Большинство из них основано на голографии, но у традиционных методов есть слабые места: нельзя вывести несколько изображений на один экран без потери качества.

Ученые из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) под руководством профессора Джунсук Ро нашли решение. Они создали метаповерхность тоньше человеческого волоса, которая может показывать до 36 четких изображений одновременно.

Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.

В основе технологии — наноструктуры из нитрида кремния, прозрачного и прочного материала. Эти микроскопические столбики, называемые «метаатомами», управляют светом с ювелирной точностью. Изображение меняется в зависимости от цвета света и его поляризации (направления колебаний). Например, красный свет с левой круговой поляризацией покажет яблоко, а с правой — машину. Ученые записали на одну поверхность:

• 36 изображений в видимом спектре с шагом 20 нм,
• 8 изображений от видимого до инфракрасного диапазона.

Раньше мешали «шум» и наложение картинок. Команда решила проблему, применив алгоритм подавления помех. Теперь изображения четкие, без искажений.

Впервые удалось так просто кодировать информацию с помощью поляризации и цвета света, сохраняя высокое качество картинки, — говорит профессор Ро. — Технология масштабируема и подойдет для хранения данных, защиты информации и многослойных дисплеев.

Эта разработка ломает стереотипы о голографии. Во-первых, она открывает путь к суперкомпактным устройствам: представьте кредитную карту с динамическим 3D-изображением или смартфон, где экран одновременно показывает несколько слоев информации без перегрузки. Во-вторых, это прорыв в безопасности: метаповерхности можно использовать для создания не подделываемых меток или шифров, где доступ к данным зависит от угла зрения или цвета подсветки. Наконец, технология удешевит AR-очки — они смогут проецировать четкие изображения без громоздких линз.

Пока неясно, как метаповерхности поведет себя при массовом производстве. Нитрид кремния долговечен, но наностолбики требуют сверхточного размещения. Даже минимальный брак приведет к «битым пикселям». Кроме того, алгоритмы подавления шума увеличивают энергопотребление — для мобильных устройств это может стать проблемой.

Ранее физики разработали дешевый голографический экран.