「真珠の耳飾りの少女」は、明るさが変化するナノピラーで描かれました

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ビデオ: [びじゅチューン!] 真珠の耳飾りのくノ一 | NHK 2023, 2月
「真珠の耳飾りの少女」は、明るさが変化するナノピラーで描かれました
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Anonim
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ヤンフェルメール、真珠の耳飾りの少女(1665年、詳細)

物理学者は、ナノピラーから微細構造を作成しました。その形状と空間的な向きを変更することで、色だけでなく、ナノピラーを通過する光の明るさも調整できます。この構造の各「ピクセル」の可変放射強度により、科学者は明暗を操作してリアルな深部画像を取得することができました。一例として、研究者たちは「真珠の耳飾りの少女」を再現しました。これは、オランダの芸術家ヤンフェルメールの有名な絵画です。ジャーナルOpticaに掲載された記事の著者によると、この技術により、滑らかな混色で非常に小さいサイズの写真画像を作成でき、将来的にはこの技術を光ファイバー情報伝送に使用できるようになります。

科学者は長い間、ナノ構造を使用してそれらに当たる光を着色することを学びました。そのようなデバイスでは、構造のサイズを調整すると、それらが放出する共振周波数が変化します。ほとんどの場合、これは金属ナノ構造のプラズモン共鳴のおかげで機能しますが、最近、物理学者はこれに誘電体メタマテリアルを使用できるようになりました。その原理は、ミー散乱の過程での共鳴に基づいています。ただし、このような技術は最終的な放射線の明るさの変化を意味するものではなく、リアルな画像を作成するにはキアロスクーロとの連携が必要です。

現在、中国と米国の研究者は、南京大学のPengcheng Huoの参加を得て、ナノ構造を通過する光の明るさを変更し、これを利用して詳細な画像を作成する方法を学びました。科学者たちはキャンバスとしてメタサーフェスを使用しました。これは、平らな二酸化シリコン基板上に二酸化チタンでできた楕円形のナノピラーのセットです。この構造は、電子リソグラフィーとそれに続く原子層堆積を使用して作成されました。これにより、科学者は堆積したナノ構造のサイズと形状を非常に正確に制御できました。

最終画像の各「ピクセル」には、3つの異なるサイズの5つのナノピラーがありました。長軸と短軸が250ナノメートルと50ナノメートルの列が2つ、軸が320ナノメートルと80ナノメートルの列が2つ、最後の列が440ナノメートルと170ナノメートルです。断面の最小の柱は、白色光がそれらに当たると青く光り、真ん中の柱は緑に光り、最大の赤で、ナノ構造の高さは600ナノメートルでした。

製造プロセス中に、物理学者は各ナノピラーの軸と構造に入射する白色光の偏光方向との間の角度を計算して変更しました。このような楕円形のナノ構造は放射線を偏光します。つまり、科学者は各ナノピラーの輝きの強さを変更し、色と明るさをスムーズに切り替えて完全に停電させることができます。

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(a)-イメージングスキーム、(b)-半主軸が入射光の偏光に平行であるか(実線)、またはそれに対して角度がある場合(破線)のさまざまなナノピラーの発光スペクトル(c、d )-ナノピラーの配置、(e)-結果の画像。

ナノスケールで画像を形成するこの方法を実証するために、物理学者はメタ表面に白色偏光を照射し、ヤンフェルメールによる「真珠の耳飾りの少女」の正確な(サイズを除く)コピーを入手しました。画像のサイズは2平方ミリメートルを超えず、絵の色と影は元の絵に非常に近かった。このような芸術的なデモンストレーションにもかかわらず、開発された技術は、応用目的にも使用できます。たとえば、光ファイバー情報送信中の放射の明るさと波長を制御するためです。

ナノ構造は、放射線の色や強度を変えるだけでなく、焦点を合わせるためにも使用できます。先ほど、金属を使用する物理学者が可視範囲全体に光を集中させる方法について説明しました。また、上記のナノピラーと同様に、ガラスにナノテクスチャを適用することで、化学者はガラスをより透明にしました。

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