(Phys.org) —Nel 4 ^ns secolo, i romani costruirono una speciale coppa di vetro, chiamato Coppa di Licurgo, che cambia colore a seconda del modo in cui la luce lo attraversa. Il vetro è fatto di argento finemente macinato e polvere d'oro che produce un dicroico, o cambia colore, effetto. Sebbene i creatori della tazza di Lycurgus probabilmente non conoscessero il meccanismo responsabile del vetro che cambia colore, oggi gli scienziati riconoscono il meccanismo come risonanza plasmonica di superficie, ed è un fenomeno che continua a rivestire un grande interesse scientifico.

In un nuovo studio pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Yunuen Montelongo, et al., presso l'Università di Cambridge nel Regno Unito, hanno usato la risonanza plasmonica di superficie come un nuovo modo per costruire ologrammi. Simile alla coppa di Licurgo, i nuovi ologrammi possono cambiare colore a causa della dispersione della luce su nanoparticelle d'argento di dimensioni e forme specifiche. Grazie alla loro capacità di creare due colori contemporaneamente e di memorizzare grandi quantità di informazioni, i nuovi ologrammi potrebbero avere applicazioni in display 3D e dispositivi di memorizzazione delle informazioni, tra gli altri.

"Questo esperimento si ispira alle proprietà ottiche davvero uniche mostrate dalla coppa Lycurgus, "raccontava Montelongo Phys.org . "Questo pezzo eccezionale cambia colore in base alla posizione della sorgente luminosa. Se illuminato da un lato sembra verde, ma se è illuminato dall'altro diventa rosso. A differenza di altri effetti dicroici prodotti da alcuni cristalli, come preziosi opali, gli effetti colorati della coppa di Licurgo dipendono poco dalla posizione dell'osservatore. Infatti, il dicroismo trovato nella coppa di Lycurgus ha un'origine diversa dai cristalli e finora questo "effetto plasmonico" non è stato osservato in materiali naturali."

Sebbene ci siano diversi modi per costruire ologrammi, quasi tutti gli ologrammi tradizionali sono monocolore, e gli ologrammi multicolori che esistono devono affrontare dei limiti. Ad esempio, non esiste una metodologia in grado di produrre ologrammi multicolori da una superficie.

Qui, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile costruire ologrammi multicolori da un unico piano. I nuovi ologrammi sono costituiti da nanoparticelle d'argento progettate con precisione modellate su un substrato.

Una differenza fondamentale nei nuovi ologrammi è la dimensione più piccola delle frange di diffrazione, che controllano l'interferenza della lunghezza d'onda della luce. Negli ologrammi tradizionali, queste frange sono più grandi della metà della lunghezza d'onda della luce. In contrasto, le frange qui sono sostituite da nanoparticelle più piccole della metà della lunghezza d'onda della luce. I ricercatori hanno dimostrato che la diffrazione a banda più stretta, che crea gli effetti colorati, è prodotto dalla diffusione ottica plasmonica delle nanostrutture.

La distanza di lunghezza d'onda inferiore offre alcuni vantaggi. Ad esempio, due diversi tipi di nanoparticelle plasmoniche possono essere multiplexate, o combinati ma non accoppiati, a distanze inferiori alla lunghezza d'onda. Utilizzando nanoparticelle di argento di diverse forme e dimensioni, i ricercatori potrebbero controllare i colori.

Oltre a fornire più colori, il multiplexing di due nanoparticelle ha il vantaggio di aumentare i limiti di informazione sulla larghezza di banda. I ricercatori hanno dimostrato che ogni nanoparticella trasporta informazioni indipendenti, come polarizzazione e lunghezza d'onda, che possono essere controllati contemporaneamente. Con il doppio del numero di nanoparticelle, la quantità totale di informazioni binarie memorizzate può superare i tradizionali limiti di diffrazione.

"È stato dimostrato che le nanoparticelle con proprietà risonanti possono essere disaccoppiate su distanze inferiori alla lunghezza d'onda in modo che i loro campi elettromagnetici abbiano un'interazione minima, " ha detto Montelongo. "Il dispositivo presentato dimostra che queste nanoparticelle possono memorizzare e trasferire informazioni indipendenti oltre i limiti di diffrazione, che è in contrasto con le strutture non risonanti. A causa della natura di questo fenomeno, è stato possibile dimostrare, per la prima volta, un ologramma che proietta immagini a colori a 180 gradi. Questa proiezione è così ampia che non è nemmeno possibile visualizzarla su un piano, e dovrebbe essere usata una sfera diffusiva."

Queste caratteristiche rendono il nuovo ologramma molto interessante per applicazioni future.

"Oltre all'evidente applicazione nel sostituire i tipici 'ologrammi arcobaleno' delle carte di credito e di altri elementi di sicurezza, questo fenomeno può essere utilizzato per la proiezione di immagini su sfere, che finora non è stato raggiunto con l'ottica convenzionale, ", ha affermato il coautore Calum Williams dell'Università di Cambridge. "Inoltre, questo concetto può essere applicato come base per produrre display dinamici tridimensionali a colori. Nel campo dell'informatica, queste configurazioni olografiche potrebbero memorizzare informazioni in aree di lunghezze d'onda inferiori. Ciò significa che i dispositivi di archiviazione dati ottici come CD, I DVD o i Blu-ray potrebbero potenzialmente espandere i loro limiti di archiviazione".

I ricercatori hanno in programma di studiare ulteriormente queste applicazioni e altre in futuro.

"La ricerca futura è focalizzata sullo studio di meccanismi per la regolazione dell'effetto plasmonico per applicazioni di visualizzazione, " ha detto Montelongo. "L'obiettivo principale è l'integrazione di nuovi schemi di modulazione per produrre display ultrasottili e ologrammi dinamici".

© 2014 Phys.org