Hologramas de alta resolución fabricados utilizando nanotubos de carbono

Muchos aficionados a Stars Wars sueñan que alguna vez se fabricarán hologramas 3D similares al mensaje que la Princesa Leia le envía a Obi-Wan Kenobi gracias a R2-D2. Los hologramas estáticos existen desde hace mucho tiempo, pero aún se sigue investigando con objeto de lograr hologramas dinámicos que puedan ser usados en una futura TV 3D sin gafas. La tecnología ideal serían hologramas formados por píxeles que se pudieran apagar y encender eléctricamente. Los hologramas de nanotubos de carbono podrían ser la solución, cuando se logre apagar y encender cada nanotubo de forma individual, aunque por ahora solo pueden mostrar imágenes estáticas, aunque de gran calidad. Este nuevo concepto acaba de ser publicado en una revista internacional. El artículo técnico es Haider Butt et al., “Carbon Nanotube Based High Resolution Holograms,” Advanced Materials, 2012, y nos lo han contado Stéphane Larouche, David R. Smith, “Optics: Nanotube holograms,” Nature 491: 47–48, 01 November 2012.

Los hologramas tienen un grave problema, la resolución espacial; la luz emitida (o reflejada) por píxeles próximos interfieren espacialmente y producen patrones de difracción que reducen el contraste y la amplitud angular del campo de visión (por los laterales el holograma se ve mucho peor que de frente). Para evitarlos la única opción es reducir el área de cada píxel. El nuevo artículo propone utilizar nanotubos de carbono multicapa alineados verticalmente como nanopíxeles sobre un substrato de silicio. Como resultado se obtiene una alta resolución espacial, poco ruido y un gran campo angular de visión. Las técnicas de fabricación actuales (como PECVD) permiten fabricar estas nuevas pantallas holográficas con los nanotubos espaciales una distancia menor que la longitud de onda de la luz visible. Por ahora, la nueva pantalla holográfica es muy pequeña (10 mm²), con 45 000 píxeles en un área de 120 μm² (los nanotubos con un diámetro medio de 140 nm están espaciados unos 400 nm entre sí), pero las medidas en laboratorio coinciden con las predicciones teóricas (obtenidas con óptica de Fourier mediante simulación por ordenador); además, la imagen se ve con un contraste muy alto incluso con ángulos superiores a 90 grados respecto al vector normal.

Un nanotubo de carbono de pared simple es un cilindro hueco formado por una hoja de átomos de carbono en forma de panel hexagonal (una hoja de grafeno doblada en forma de cilindro). Su diámetro puede ser tan pequeño como un nanómetro y su longitud tan larga como unos pocos centímetros. Butt et al. han utilizado nanotubos de carbono multicapa formados por muchos cilindros de carbono concéntricos. El número de capas influye en las propiedades eléctricas de los nanotubos multicapa, que pueden ser conductores, semiconductores o aislantes. Los nanotubos de carbono usados por Butt et al. son conductores.

La técnica de fabricación PECVD usada por los autores es muy sencilla. Se deposita una capa de níquel de 15 nanómetros de espesor sobre un substrato de silicio. Mediante fotolitografía se dibuja un patrón de píxeles en el níquel, cada uno con un díametro de unos 100 nm. El substrato es sometido a un ambiente con una mezcla gaseosa de acetileno (C2H2) y amoníaco (NH3) en forma de plasma (gas parcialmente ionizado). Bajo estas condiciones, los átomos de carbono del acetileno se difunden a través del níquel y crecen nanotubos de carbono en la posición de los píxeles que acaban sujetos al substrato de silicio. El amoníaco se encarga de retirar del substrato cualquier otro producto del carbono. Como resultado se obtiene una matriz de nanotubos de carbono con un diámetro medio de 140 nm, con una desviación estándar de 13 nm, separados entre una distancia de unos 400 nm, con una desviación estándar de 25 nm.

Butt y sus colegas han demostrado la calidad de su holograma de nanotubos utilizandos una imagen tridimensional de la palabra “Cambridge.” ¿Cómo se ha grabado la imagen en el holograma? La imagen depende de la distribución de nanotubos en el substrato y viene determinada a partir de la transformada de Fourier de la imagen. En la óptica de Fourier se llama holograma de Fraunhofer a este tipo de hologramas. Ahora mismo, grabar la imagen requiere seleccionar de forma adecuada la plantilla de píxeles que se usa en el proceso fotolitográfico previo al crecimiento de los nanotubos en el substrato. Por tanto, grabar la imagen es equivalente a fabricar el holograma y el resultado es un holograma estático.

Los autores del artículo señalan que la interacción entre un nanotubo y la luz depende del ángulo entre el eje longitudinal del nanotubo y el ángulo de polarización de la luz. Un control adecuado de la polarización de la luz incidente podrían permitir seleccionar qué nanotubos están activados y cuáles están desactivados en la imagen, permitiendo controlar el holograma de forma dinámica. Otra posibilidad con la que podemos soñar sería algún sistema que permita reorientar los nanotubos de carbono de forma dinámica sin que haya que controlar la polarización de la luz incidente. Obviamente, puede haber otras opciones. Los hologramas de nanotubos son un nuevo concepto que puede dar mucho que hablar en los próximos años.

4 pensamientos en “Hologramas de alta resolución fabricados utilizando nanotubos de carbono

  1. por lo que entiendo del articulo en realidad no es hologramas en 3d reales como star wars
    son hologramas hechos en 2d que crean la ilusion en nosotros de 3d?
    hay otros muchos grupos trabajando en hologramas realmente 3d o sea en ves de pixels son voxels
    cual es el ultimo avanze sobre esto ultimo?

    • Cierto, Alicia, son hologramas convencionales (en 2D que dan ilusión de un objeto en 3D vistos desde diferentes puntos de vista).

      Los sistemas de “proyección holográfica” actuales requieren una pantalla, que puede ser plana o curvada, pero requieren una pantalla de algún tipo.

      Trataré de escribir una entrada al respecto en un futuro no muy lejano.

      Saludos
      Francis

  2. Se me ocurre usar partículas suspendidas, que puedan ser gobernadas para modelar objetos… mediante un campo EM.
    Algo parecido a LCD pero con profundidad. ¿Qué fácil, verdad?
    En realidad es un problema muy complejo.
    Saludos JGR

  3. En realidad, mucho más parecido a lo de star wars están las pantallas que proyectan sobre aire comprimido, lo que pasa es que son en 2D y valen una pasta impresionante… googleando se encuentran cosas maravillosas (incluso hologramas interactivos).

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