手性納米顆粒為3D顯示和實(shí)時(shí)全息技術(shù)從概念跨入現(xiàn)實(shí)

1977年的星球大戰(zhàn)首次將全息影像技術(shù)搬上熒幕，前所未有的視覺(jué)盛宴震驚了世人?？墒?，為什么這么多年來(lái)，如此炫酷的全息影像技術(shù)或相關(guān)光學(xué)設(shè)備沒(méi)有能夠進(jìn)入我們的日常生活呢？這是因?yàn)樵摷夹g(shù)通過(guò)磁場(chǎng)改變光的傳播路徑而實(shí)現(xiàn)，可是其使能材料卻非常昂貴、易碎且透光性較差，有些材料還僅能在低溫真空環(huán)境中工作。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來(lái)自美國(guó)密歇根大學(xué)和巴西圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)的研究人員，開(kāi)發(fā)出了一種懸浮在膠體中，并能在室溫下正常工作的低成本納米顆粒，能夠以大幅降低的成本替代傳統(tǒng)材料。這種新型納米顆粒使利用磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制光成為可能，其潛在應(yīng)用包括自動(dòng)駕駛汽車、空間通訊以及光無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。目前，銪、鈰和釔等昂貴的稀土金屬已經(jīng)應(yīng)用于利用磁場(chǎng)來(lái)控制光或光信號(hào)的傳播路徑、速度以及光強(qiáng)。這些貴金屬已經(jīng)在高速光纖互聯(lián)網(wǎng)光纜中獲得了商業(yè)應(yīng)用。但是，這些元素高昂的成本和工作溫度要求，使其難以獲得大規(guī)模應(yīng)用。成本經(jīng)濟(jì)且能在室溫實(shí)現(xiàn)偏振光磁場(chǎng)控制的解決方案，或能帶來(lái)大眾市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的3D顯示、全息投影以及新一代LiDAR（激光雷達(dá)）。LiDAR是為自動(dòng)駕駛汽車帶來(lái)“慧眼”的主要技術(shù)之一?！霸S多公司和實(shí)驗(yàn)室利用磁光學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)出了令人興奮的原型產(chǎn)品，”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人密歇根大學(xué)化學(xué)工程教授Nicholas Kotov說(shuō)，“但是，他們的技術(shù)目前還受限于所需要的磁光學(xué)基礎(chǔ)稀土材料。這就像玩魔方，一邊完成了可是另一邊又亂了。”

本項(xiàng)目的研究成果已經(jīng)發(fā)表在Science《科學(xué)》雜志上，研究人員詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾卫玫统杀狙趸挘ㄒ环N白色的磁性半導(dǎo)體材料）納米顆粒，通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)控制偏振光。研究人員發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于對(duì)這些納米顆粒進(jìn)行氨基酸涂層，使其獲得左旋或右旋的手性，從而實(shí)現(xiàn)納米顆粒本身的“扭轉(zhuǎn)”。

手性廣泛存在于自然界中，在多種學(xué)科中表示一種重要的對(duì)稱特點(diǎn)。如果某物體與其鏡像不同，則其被稱為“手性的”，且其鏡像是不能與原物體重合的，就如同左手和右手互為鏡像而無(wú)法疊合。具有手性的分子具有旋光活性，使偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)納米顆粒的手性使其對(duì)磁場(chǎng)具有高靈敏度，也增強(qiáng)了和偏振光或 “圓偏正光”的相互作用。研究人員展示了將納米顆粒懸浮在透明、彈性的室溫膠體中，通過(guò)對(duì)其施加磁場(chǎng)，可以改變圓偏正光的強(qiáng)度。

“該技術(shù)將為磁光學(xué)器件的廣泛應(yīng)用鋪平道路，將使那些利用圓偏正光的新興3D顯示和實(shí)時(shí)全息技術(shù)從令人興奮的概念跨入現(xiàn)實(shí)，”還作為材料科學(xué)和工程教授的Kotow稱，“不僅如此，這種納米顆粒微小的尺寸還使其可以用于計(jì)算工程應(yīng)用，以及磁光學(xué)復(fù)合材料的大規(guī)模制造。