Специалисты из Нового физтеха Университета ИТМО создали оптические нанометки, предназначенные для предотвращения подделок. Эти метки основаны на гибридных наноструктурах, состоящих из золота и кремния и имеющих форму, напоминающую гриб (кремниевая основа и золотая «шапка»). Отличительной особенностью новой разработки являются уникальные оптические характеристики, которые проявляются только при попадании света под конкретным углом.
«Разработка была осуществлена посредством многоступенчатого процесса, использующего методы литографии. В результате был получен массив наноструктур, напоминающих «грибы»: кремниевая ножка и золотая шляпка. Мы начали воздействие на структуры лазером при пороговой интенсивности излучения, то есть при минимальном значении, необходимом для начала модификации. После модификации было обнаружено, что при использовании темнопольной микроскопии и расположении поляризатора сбоку, цвет наноструктур меняется – модифицированные структуры отличаются от исходных. Однако при изменении поляризации они становятся идентичными, демонстрируя одинаковый цвет. На основе этого эффекта была разработана защитная метка, как пояснил корреспонденту «Научной России» первый автор исследования, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО Павел Николаевич Кустов.
Эффект бианизотропии, проявляющийся при взаимодействии света с гибридной структурой, определяет свойства метки. Она изменяет свой цвет с желтого на зеленый только при боковой подсветке, угол которой находится в диапазоне от 57 до 75 градусов. В остальных случаях, при любом другом угле наблюдения или подсветки, эффект не проявляется, что обеспечивает невидимость метки для неспециалистов, не обладающих информацией о необходимом угле обзора.
«Использование литографии для создания меток делает этот процесс достаточно трудозатратным. Высокая стоимость ограничивает применение данной технологии только теми компаниями, которые обладают необходимым оборудованием и соответствующими компетенциями. Подделка таких меток практически невозможна, а в России количество литографических аппаратов ограничено. В настоящее время технология находится на уровне УГТ 2 и требует тестирования на различных продуктах, например, в микроэлектронике – нанесение меток и проведение последующих технологических операций, включая опытно-конструкторские работы, — отметил П.Н. Кустов.
Подтвердить подлинность продукта с защитной меткой можно двумя способами: визуально, при определенном угле освещения, и автоматически, используя алгоритм компьютерного зрения, разработанный специалистами ИТМО. Алгоритм анализирует изменение цвета метки, опираясь на международный стандарт цветовосприятия CIEDE2000. Нанометки обладают масштабируемостью и могут быть использованы для защиты различных видов продукции микроэлектроники, таких как оптические чипы и сенсоры. Для демонстрации возможностей нанесения произвольных изображений исследователи создали микроскопическое изображение человека и собаки.
Работа выполнена группой гибридных нанофотонных систем ИТМО совместно с исследователями Академического университета им. Ж.И. Алферова. Результаты опубликованы в журнале ACS Applied Optical Materials. В дальнейшем ученые планируют исследовать возможность достижения аналогичного эффекта в более простых, однокомпонентных асимметричных наноструктурах.
Материал создан при содействии Министерства науки и высшего образования Российской Федерации
Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO NEWS