Metasurface udviklet til at skabe tre forskellige billeder afhængigt af belysning

Forskere har udviklet en metasurface-enhed, der kan vise tre typer billeder afhængigt af belysningslyset. Enheden med tre kanaler kunne bruges som en foranstaltning mod forfalskning eller tilbyde en ny måde at levere krypteret information på sikkert.

"Metaoverflader er kunstige materialer med bittesmå nanostrukturer, der kan bruges til at manipulere lys," sagde forskerteammedlem Qi Dai fra Wuhan University i Kina. "I dette arbejde udnyttede vi både størrelsen og orienteringen af ​​nanostrukturerne til at designe en metasurface med tre arbejdstilstande."

Forskerne beskriver den nye enhed i Optics Express . De viste også, at afhængigt af det anvendte lys ville metasfladen generere et holografisk billede eller et strukturelt farvet nanoprintbillede med eller uden polarisationsafhængige vandmærker.

"Vores lille metasurface kunne nemt knyttes til valuta, ID-kort, kreditkort, certifikater, ure eller ringe til forfalskning," sagde Dai. "Fordi denne multifunktionelle metasurface har dobbelte sikkerhedsforanstaltninger, kan den give en enkel, men effektiv tilgang til at bekæmpe forfalskning."

En tre-i-en enhed

Selvom der er udviklet andre metasurface-baserede anti-forfalskningsenheder, hentes den skjulte information normalt enten på overfladen eller via et holografisk billede i fjerntliggende felt. For at skabe en mere sikker tre-kanals metasurface fusionerede forskerne vandmærket strukturel farve nanoprinting med holografisk billeddannelse til en enhed, som er lavet af bittesmå nanobricks arrangeret på et gennemsigtigt substrat.

Ved omhyggeligt at konstruere størrelserne og orienteringerne af nanostenene udviklede forskerne en måde at skabe strukturelle farvebilleder, der vises på overfladen af ​​enheden, såvel som et holografisk billede, der vises i det fjerne felt. I stedet for at stole på blæk eller farvestoffer, bruger strukturelle farver nanostrukturer med forskellige geometriske parametre til at producere farve ved direkte at påvirke spektret af transmitteret eller reflekteret lys.

Det uvandmærkede strukturelle farve-nanoprintbillede kan let observeres under naturlig lysbelysning, mens det samme billede dækket med et vandmærkemønster kun kan afkodes med en optisk polarisator. Det holografiske billede i den tredje kanal kan kun ses under sammenhængende laserlys.

Yderligere sikkerhed

"Når vores metasurface bruges til at bekæmpe forfalskning, kan den uvandmærkede strukturelle farve nanoprint let observeres ved hjælp af et kamera på en smartphone," sagde Dai. "Det vandmærkede mønster kunne kode information, der er nødvendig for at give autentificering, da det kun vises ved hjælp af en optisk polarisator. Det holografiske billede, som kan rekonstrueres med en laserpointer, kunne bruges som et andet sikkerhedslag."

For at demonstrere den nye metasurface-enhed fremstillede forskerne en prøve ved hjælp af standard elektronstrålelitografi. De vandmærkede og ikke-vandmærkede nanoprintbilleder blev observeret ved hjælp af et optisk mikroskop, mens de holografiske billeder blev visualiseret ved hjælp af en optisk vej bestående af en kontinuumlaser, iris, linse, prøven og en optisk skærm.

"Vores eksperimenter viste, at den vandmærkede strukturelle farve nanoprinting havde høj polarisationsfølsomhed og skabte et klart billede med lyse farveeffekter," sagde Dai. "Vi fandt også ud af, at den designede metasurface kan skabe et holografisk billede over et bredt bølgelængdeområde fra 480 nm til omkring 650 nm."

Forskerne planlægger at kombinere deres nye multifunktionelle metaoverflader med andre materialer som flydende krystal og sort fosfor for at opnå dynamisk og mere alsidig lysstyring. De ønsker også at udforske, hvordan metaoverfladerne kan bruges til optisk databehandling og biomedicinsk sansning og arbejder på måder at masseproducere det nye materiale. + Udforsk yderligere

Ny metasurface-baseret enhed skaber forskellige billeder afhængigt af lys- og miljøforhold