我們的日常工作和生活正在被各種屏幕包圍：手機、電腦、平板、電視、腕表……但這些都屬于二維屏幕，即使近年來悄然興起的裸眼3D也只是利用人們的雙眼視差來“欺騙”視覺神經(jīng)，讓大腦以為看到的是3D圖像。而且裸眼3D對觀眾的距離、方位、角度有著較為嚴(yán)格的要求，觀眾數(shù)量較多時容易出現(xiàn)問題。如何基于屏幕裝置本身的改進，實現(xiàn)真正的三維立體顯示？

       近日，上海理工大學(xué)光子芯片研究院顧敏院士團隊聯(lián)合浙江大學(xué)邱建榮教授團隊和之江實驗室譚德志博士團隊在納米材料全息顯示取得重大突破，通過在無色透明的玻璃內(nèi)部實現(xiàn)帶隙可控的三維(3D)半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)，推開了新型立體彩色顯示器的“大門”。

上海理工大學(xué)教師首次以（共同）第一作者身份

       在《科學(xué)》正刊上發(fā)表論文

       北京時間1月21日，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂級期刊《科學(xué)》上，這也是上海理工大學(xué)教師首次以（共同）第一作者身份在《科學(xué)》正刊上發(fā)表論文，標(biāo)志著學(xué)校科研水平邁上了新的臺階。

       跨學(xué)科攻關(guān) 點亮全球首塊納米三維立體屏

       從《星球大戰(zhàn)》中漂浮在空中的影像，到鄧麗君跨越時空與歌手周深在2022跨年演唱會上“合唱”《大魚》，立體顯示的概念被越來越多的人所熟知。全息技術(shù)為完整三維信息重現(xiàn)提供了實現(xiàn)方式，被業(yè)界認(rèn)為是實現(xiàn)立體顯示最有前途的一種技術(shù)手段。但全息技術(shù)必須通過一定的介質(zhì)，將影像投射到上面，才能顯現(xiàn)出來。之前美日科學(xué)家分別用蒸汽幕和激光技術(shù)解決了介質(zhì)問題，但由于技術(shù)不成熟，成本高，商業(yè)前景不太樂觀。

       那么，全息技術(shù)能不能應(yīng)用在屏幕上呢？這是上理工光子芯片研究院方心遠副教授在2020年末向顧敏院士提出的一個構(gòu)想。當(dāng)然這個屏幕不是一般的二維屏幕，而是納米三維顯示器。“目前顯示器感光陣列絕大部分是平面分布的，科幻片中的三維畫面更多要依靠人視覺上的效果，屬于‘仿三維’，真正的三維立體顯示仍是一個重大挑戰(zhàn)。”

方心遠副教授

       要做納米三維立體屏第一個“吃螃蟹”的人，首先要解決的就是將屏幕透明化的問題，這樣才能從各個角度呈現(xiàn)生動、立體的圖像。上海理工大學(xué)光子芯片研究院團隊與浙江大學(xué)團隊合作，將全息顯示應(yīng)用在通過飛秒激光誘導(dǎo)的鈣鈦礦納米晶三維可控分布的無色透明的復(fù)合材料中，點亮三維分布的量子點，首次實現(xiàn)了動態(tài)立體彩色全息顯示。

       和目前的平面顯示器相比，新型立體彩色顯示器有更高的分辨率和信息容量，也為未來的“屏幕革命”拓展了更大的想象空間。“它是納米級的像素控制，精度非常高，分辨率遠高于目前的二維屏幕。雖然產(chǎn)業(yè)化還有一段很長的路要走，但是至少推開了一扇新的大門，我想這也是我們做科研的意義所在。”方心遠談道。

       研究成果以《玻璃中穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶體三維直寫》（Three-dimensional direct lithography of stable perovskite nanocrystals in glass）為題發(fā)表在《科學(xué)》正刊，論文共同第一作者為浙大光電學(xué)院博士生孫軻、之江實驗室PI譚德志、上海理工大學(xué)副教授方心遠。

方心遠指導(dǎo)學(xué)生進行科研

       “很多頂尖的科研成果其實都離不開這種跨學(xué)科、跨學(xué)校甚至跨國的合作交流”，顧敏院士介紹，“我們上理工團隊深耕全息領(lǐng)域，浙大團隊則在光學(xué)材料以及飛秒激光與材料的相互作用方面有深厚的積累，合作成果再次證明了這種科研方式在實現(xiàn)‘0到1’突破中的重要性。”

       “試驗成功的第一個圖像是‘USST’”

       顯示屏上每一個像素點的發(fā)光效率、光照在每種納米組合上呈現(xiàn)的顏色……對新型立體彩色顯示器的研究在一次次嘗試中展開，過程雖然枯燥，但方心遠依然融進了屬于理工男的浪漫。“我們試驗成功的第一個圖像是‘USST’，也就是上海理工大學(xué)的英文縮寫，我和學(xué)校屬于是‘雙向奔赴’。”

       加盟上理工顧敏院士團隊后，方心遠專攻光全息領(lǐng)域，已經(jīng)接連以（共同）第一作者身份在《自然》子刊上發(fā)表高水平科研成果，2020年入選上海市青年科技啟明星計劃。他清楚地記得自己入職的日子——2019年10月28日。“來上理工之前，我其實是個‘待業(yè)青年’，也沒有特別好的文章，選擇全職加入顧老師團隊后，學(xué)校和團隊給予了很大支持，顧老師做人做事做科研方方面面影響著我，我希望在未來通過自己不斷的努力，幫助上理工創(chuàng)造更多的‘第一次’。”

方心遠在進行實驗

       事實上，全息技術(shù)自丹尼斯·蓋博發(fā)明以來，除了用于顯示技術(shù)領(lǐng)域，全息在存儲、加密、成像、光學(xué)計算等領(lǐng)域均產(chǎn)生了重要影響，上海理工大學(xué)光子芯片研究院團隊的“野心”也并不止步于全息顯示領(lǐng)域。顧敏院士談道：“這次成果可以說是利用三維全息技術(shù)點亮了立體彩色顯示的未來，后續(xù)我們希望圍繞全息技術(shù)與人工智能的交叉應(yīng)用，面向國家重大戰(zhàn)略需求，取得更多具有重大影響力的科研成果。”