Per la prima volta, i ricercatori hanno utilizzato cristalli liquidi per creare una finestra magica piatta, un dispositivo trasparente che produce un'immagine nascosta quando la luce lo illumina. La tecnologia rappresenta una nuova svolta su un trucco leggero molto vecchio.

Migliaia di anni fa, gli artigiani in Cina e Giappone realizzavano specchi di bronzo che sembravano un normale specchio piatto mentre osservavano il proprio riflesso, ma formavano un'altra immagine quando colpiti dalla luce solare diretta. Gli scienziati hanno impiegato fino all'inizio del XX secolo per capire che questi dispositivi funzionano perché un'immagine proiettata nella parte posteriore dello specchio crea piccole variazioni di superficie che provocano la formazione dell'immagine, e fino ad ora gli ingegneri hanno applicato lo stesso principio al liquido cristalli per display high-tech.

"La finestra magica che abbiamo creato appare perfettamente piatta ad occhio nudo ma, in realtà, presenta lievi variazioni che creano un'immagine in risposta alla luce", ha affermato il leader del team di ricerca Felix Hufnagel dell'Università di Ottawa. "Progettando la finestra in modo che sia relativamente liscia, l'immagine creata può essere vista su un ampio intervallo di distanze dalla finestra."

In Ottica journal, Hufnagel e colleghi descrivono il processo che hanno sviluppato per creare finestre magiche a cristalli liquidi trasparenti in grado di produrre qualsiasi immagine desiderata. Il processo può essere utilizzato anche per creare specchi magici che riflettono, anziché trasmettere, la luce per creare un'immagine.

"L'uso di cristalli liquidi per creare finestre o specchi magici potrebbe un giorno rendere possibile la creazione di una versione riconfigurabile per la produzione di finestre o film dinamici di magia artistica", ha affermato Hufnagel. "La capacità di ottenere una lunga profondità di messa a fuoco potrebbe anche rendere l'approccio utile per i display 3D che producono immagini 3D stabili anche se visti da distanze diverse."

Creare magia con i cristalli liquidi

Sebbene gli scienziati abbiano capito da decenni che gli antichi specchi magici in bronzo formavano immagini come risultato di piccole variazioni della superficie, è stato solo nel 2005 che Michael Berry, un fisico matematico dell'Università di Bristol nel Regno Unito, ha ricavato le basi matematiche di questo effetto . In seguito ha esteso questa conoscenza per sviluppare una base teorica per finestre magiche trasparenti oltre agli specchi magici riflettenti. Questo lavoro ha ispirato Hufnagel e colleghi a creare una finestra magica basata sui cristalli liquidi.

I cristalli liquidi sono materiali che possono fluire come un liquido convenzionale ma hanno molecole che possono essere orientate come un cristallo solido. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato una versione modificata di un noto processo di fabbricazione che produce uno specifico motivo a cristalli liquidi che consente di creare l'immagine desiderata quando viene illuminato.

Hanno usato un elemento ottico Pancharatnam-Berry (PBOE), che è un dispositivo a cristalli liquidi che funziona secondo un noto principio chiamato fase Pancharatnam-Berry. Modificando l'orientamento delle molecole di cristalli liquidi in questo dispositivo, i ricercatori potrebbero alterare le proprietà della luce mentre viaggia attraverso il dispositivo pixel per pixel.

Immagini stabili su più distanze

"A livello concettuale, la teoria sviluppata da Berry è stata determinante nel determinare come questi cristalli liquidi devono essere orientati per creare un'immagine stabile su una grande distanza", ha affermato Hufnagel. "Il nostro uso di elementi ottici piatti e un modello a cristalli liquidi con lievi variazioni prescritte dalla teoria dell'immagine laplaciana di Berry consente alle finestre magiche di apparire normali, o piatte, quando si guarda attraverso di esse."

Dopo aver fabbricato uno specchio e una finestra magici, i ricercatori hanno utilizzato una fotocamera per misurare i modelli di intensità della luce prodotti da entrambi i dispositivi. Quando illuminati con un raggio laser, sia lo specchio che la finestra hanno prodotto un'immagine visibile che è rimasta stabile anche se la distanza tra la fotocamera e lo specchio o la finestra è cambiata. I ricercatori hanno anche dimostrato che i dispositivi creano immagini quando vengono illuminati con una sorgente di luce a LED, che sarebbe più pratica da utilizzare nelle applicazioni reali.

I ricercatori stanno ora lavorando per utilizzare il loro approccio di fabbricazione per creare piastre magiche quantistiche. Ad esempio, due di queste lastre potrebbero creare immagini intrecciate che potrebbero essere utilizzate per studiare nuovi protocolli di imaging quantistico. Stanno anche esplorando la possibilità di fabbricare finestre magiche usando approcci diversi dai cristalli liquidi. Ad esempio, l'utilizzo di metasuperfici dielettriche per creare un dispositivo con finestra magica potrebbe ridurne l'ingombro aumentando la larghezza di banda. + Esplora ulteriormente

I cristalli stabilizzati in fase blu potrebbero portare a nuove tecnologie ottiche