Wiederbeschreibbare Hologramme

Bislang war es nur bei kleinformatigen holographischen Aufnahmen möglich, dreidimensionale Bilder schnell zu beschreiben und wieder zu löschen – nützlich etwa für neuartige Speicherlösungen, an denen die Forschung seit Jahren arbeitet. Doch große Hologramme waren so nicht herzustellen. Wissenschaftlern an der University of Arizona ist es nun in Zusammenarbeit mit der kalifornischen Firma Nitto Denko gelungen, die Technologie ins Breitbildformat zu holen. Mit Hilfe eines neuen Materials könnten so Hologramme von der Größe eines Menschen oder gar eines Autos entstehen, die sich alle paar Minuten neu aufbauen.

Holographische Bilder hoher Qualität lassen sich zwar bereits jetzt in Farbe und mit enormem Detailreichtum produzieren. Doch sie stellen stets ein Standbild dar, das sich nicht mehr löschen und neu schreiben lässt. Stereoskopische Display-Technologien, bei denen ein unterschiedliches zweidimensionales Bild für jedes Auge gezeigt wird, bilden zwar die Grundlage für 3D-Filme, doch wirken sie auf den Menschen unrealistischer als Hologramme.

Die University of Arizona-Forscher entwickelten nun ein auf einem Polymer basierendes Material, das Informationen mit Hilfe elektrischer Felder darstellen kann. Die folienartige Technologie enthält zwei Komponenten: Trifft Licht auf den Polymer-Anteil, absorbiert er die Photonen und erzeugt Elektronen samt ihrer positiven Gegenstücke – die Elektronenfehlstellen, auch Löcher genannt. Das Polymer leitet diese Löcher gut, Elektronen hingegen nicht. Im Ergebnis können die Löcher sich so leicht von den beleuchteten Bereichen, an denen sie entstanden sind, entfernen. Die Elektronen verbleiben hingegen an ihrer Stelle. Diese Ladungstrennung generiert Muster aus kleinen elektrischen Feldern in dem Material. Diese Felder verändern gleichzeitig die Art, wie sich das Licht durch die verschiedenen Bereiche der Folie bewegen kann.

Die zweite Komponente des Materials ist ein Farbstoff, der auf zwei Arten auf elektrische Felder reagieren kann: Seine Moleküle verändern ihre Polarisation und drehen sich je nach Anlage des Feldes in jedem Teil der Folie. Dies ändert an der entsprechenden Stelle den Brechungsindex, der festlegt, wie Licht reflektiert wird. Richtet man nun einen Laser auf die Folie, ändert der Farbstoff den Weg des Lichtes. Dadurch erscheint ein Muster, das das Auge als dreidimensionales Bild interpretiert. "Es erscheint wie aus dem Nichts – und es fühlt sich so an, als könne man es berühren", sagt Nasser Peyghambarian, Professor für Materialwissenschaften an der University of Arizona, der die Studie leitete.

Um das Bild wieder zu löschen, setzen die Forscher die Folie einem gleichförmigen Licht aus, das Elektronen samt Löchern neu im Material verteilt, und so die lokalen elektrischen Felder auflöst – und die Darstellung gleich mit.

Es ist nicht der erste Versuch, wiederbeschreibbare holographische Bildschirme zu schaffen. Bislang ergaben sich jedoch diverse Probleme damit – die Bilder waren beispielsweise zu dunkel oder verschwanden schnell wieder. Peyghambarians neue Materialien können das Bild hingegen stundenlang darstellen. Außerdem ist es sehr hell und kann große Bereiche abdecken. Der Prototyp ist bereits zehn Zentimeter breit, lässt sich aber Experten zufolge recht leicht vergrößern, weil bekannte Polymer-Herstellungsprozesse verwendet werden können.

Derzeit dauert es allerdings noch einige Minuten, um Bilder zu schreiben oder zu löschen – für Videos wäre das viel zu lange. Doch die Geschwindigkeiten dürften sich mit der Zeit deutlich erhöhen lassen, glaubt Joseph Perry, Professor für Chemie und Biochemie an der US-Hochschule Georgia Tech. Zwei wichtige Einschränkungen verbleiben dem Forscher zufolge jedoch. Die erste hängt mit der Geschwindigkeit zusammen, mit der sich die elektrischen Felder aufbauen lassen – und die hängt wiederum mit der Bewegungsschnelligkeit der Löcher zusammen. Sobald die Felder vorhanden sind, müssen sich außerdem die Farbstoffmoleküle drehen, was ebenfalls einen Moment dauern kann. Um dies zu beschleunigen, müsste die zweite Eigenschaft des Farbstoffes verstärkt werden, die das Lichtverhalten ändert – die Veränderung der Polarisation. Derzeit ist der Effekt noch gering. Bei einer Beschleunigung könnte das Bild aber womöglich später in Echtzeit verändert werden, glaubt Perry.

Konkurrenzlos ist die Idee aber keinesfalls. So etablieren sich gerade mehrere 3D-Technologien, die bereits Videos darstellen, aber ähnlich wie die University of Arizona-Technik mit bloßem Auge betrachtet werden können. Experten sehen die Technologie deshalb vor allem in Bereichen gut geeignet, in denen keine schnellen Aktualisierungen notwendig sind. Brian Schowengerdt, Forscher am "Human Interface Technology Laboratory" der University of Washington, denkt etwa an die Darstellung von Karten. Auch der Bau sehr großer Bildschirme sei interessant, da sich dies mit anderen Technologien kaum bewerkstellen ließe. Dazu gehörten auch High-End-Werbeflächen, wie der Computerwissenschaftler Neil Dodgson von der University of Cambridge meint. "Die Leute geben jetzt schon viel Geld für Hologramme aus. Könnte man sie auch noch regelmäßig aktualisieren, wäre das ein fantastisches Reklamemedium." (bsc)