Illustrazione schematica della metasuperficie a tre canali per la nanostampa a colori strutturali con filigrana e l'imaging olografico. Nanobrick con diverse dimensioni e orientamenti sono disposti sul substrato trasparente. Modificando la condizione di illuminazione e la polarizzazione in uscita della luce, è possibile produrre tre tipi di immagini con la semplice metasuperficie. Sotto l'irradiazione di luce naturale non polarizzata, sulla superficie della metasuperficie (canale 1) appare un'immagine di paesaggio nanoprinting a colori strutturali. Quando viene inserito un analizzatore per controllare la direzione di polarizzazione della luce emergente, è possibile osservare l'identica immagine di nanostampa a colori strutturali ma coperta da un motivo filigrana (canale 2). Inoltre, un'immagine olografica centrosimmetrica può essere proiettata nel campo lontano sotto l'illuminazione laser a 620 nm (canale 3). Credito:Optics Express (2022). DOI:10.1364/OE.472789
I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo metasuperficie in grado di visualizzare tre tipi di immagini a seconda della luce di illuminazione. Il dispositivo a tre canali potrebbe essere utilizzato come misura anticontraffazione o offrire un nuovo modo per fornire in modo sicuro informazioni crittografate.
"Le metasuperfici sono materiali artificiali con minuscole nanostrutture che possono essere utilizzate per manipolare la luce", ha affermato il membro del team di ricerca Qi Dai dell'Università di Wuhan in Cina. "In questo lavoro, abbiamo sfruttato sia la dimensione che l'orientamento delle nanostrutture per progettare una metasuperficie con tre modalità di lavoro."
I ricercatori descrivono il nuovo dispositivo in Optics Express . Hanno anche dimostrato che, a seconda della luce utilizzata, la metasuperficie genererebbe un'immagine olografica o un'immagine di nanoprinting a colori strutturali con o senza filigrane dipendenti dalla polarizzazione.
"La nostra minuscola metasuperficie potrebbe essere facilmente collegata a valuta, carte d'identità, carte di credito, certificati, orologi o anelli per l'anticontraffazione", ha affermato Dai. "Poiché questa metasuperficie multifunzionale presenta una duplice protezione, potrebbe fornire un approccio semplice ma efficace per combattere la contraffazione."
Un dispositivo tre in uno
Sebbene siano stati sviluppati altri dispositivi anticontraffazione basati sulla metasuperficie, le informazioni nascoste vengono solitamente recuperate sulla superficie o tramite un'immagine olografica a campo lontano. Per creare una metasuperficie a tre canali più sicura, i ricercatori hanno unito la nanostampa a colori strutturali filigranata con l'imaging olografico in un dispositivo, costituito da minuscoli nanomattoni disposti su un substrato trasparente.
I ricercatori hanno sviluppato un dispositivo metasuperficie in grado di visualizzare tre tipi di immagini a seconda della luce di illuminazione. Sono mostrate un'immagine nanostampata a colori (a), la stessa immagine con una filigrana dipendente dalla polarizzazione (b) e un fiore olografico (c). Credito:Qi Dai, Università di Wuhan
Progettando attentamente le dimensioni e l'orientamento dei nanobrick, i ricercatori hanno sviluppato un modo per creare immagini a colori strutturali che appaiono sulla superficie del dispositivo, nonché un'immagine olografica che appare nel campo lontano. Invece di fare affidamento su inchiostri o coloranti, il colore strutturale utilizza nanostrutture con parametri geometrici diversi per produrre il colore influenzando direttamente lo spettro della luce trasmessa o riflessa.
L'immagine di nanoprinting a colori strutturali senza filigrana può essere facilmente osservata sotto l'illuminazione della luce naturale mentre la stessa immagine coperta da un motivo filigrana può essere decodificata solo con un polarizzatore ottico. L'immagine olografica nel terzo canale può essere visualizzata solo sotto luce laser coerente.
Sicurezza aggiuntiva
"Quando la nostra metasuperficie viene utilizzata per l'anticontraffazione, la nanostampa a colori strutturali senza filigrana può essere facilmente osservata utilizzando una fotocamera su uno smartphone", ha affermato Dai. "Il modello con filigrana potrebbe codificare le informazioni necessarie per fornire l'autenticazione poiché appare solo con l'aiuto di un polarizzatore ottico. L'immagine olografica, che potrebbe essere ricostruita con un puntatore laser, potrebbe essere utilizzata come secondo livello di sicurezza."
Per l'esperimento, le immagini olografiche sono state visualizzate utilizzando un percorso ottico costituito da un laser continuo, un'iride, una lente, il campione e uno schermo ottico. Credito:Qi Dai, Università di Wuhan
Per dimostrare il nuovo dispositivo di metasuperficie, i ricercatori hanno fabbricato un campione utilizzando la litografia a fascio di elettroni standard. Le immagini di nanoprinting con e senza filigrana sono state osservate utilizzando un microscopio ottico mentre le immagini olografiche sono state visualizzate utilizzando un percorso ottico costituito da un laser continuo, iride, lente, il campione e uno schermo ottico.
"I nostri esperimenti hanno dimostrato che la nanostampa a colori strutturali con filigrana aveva un'elevata sensibilità di polarizzazione e creava una visione chiara con effetti cromatici luminosi", ha affermato Dai. "Abbiamo anche scoperto che la metasuperficie progettata può creare un'immagine olografica su un ampio intervallo di lunghezze d'onda da 480 nm a circa 650 nm."
I ricercatori intendono combinare le loro nuove metasuperfici multifunzionali con altri materiali come i cristalli liquidi e il fosforo nero per ottenere un controllo dinamico e più versatile della luce. Vogliono anche esplorare come le metasuperfici potrebbero essere utilizzate per il calcolo ottico e il rilevamento biomedico e stanno lavorando su come produrre in serie il nuovo materiale. + Esplora ulteriormente
