Le banconote e le carte di credito potrebbero presto presentare ologrammi anticontraffazione migliorati grazie a un "setaccio fotonico" sviluppato da ricercatori e collaboratori di A*STAR.

Gli ologrammi contengono complessi, informazioni sull'immagine tridimensionale che ne rendono difficile, ma non impossibile, la contraffazione. Un modo per migliorare la loro sicurezza è utilizzare dispositivi sofisticati che migliorano la risoluzione olografica. I dispositivi nanofotonici distribuiscono array di pixel di diffusione della luce su nanoscala che codificano ulteriori livelli di informazioni attraverso interazioni ottiche "vicino al campo" tra i laser ei pixel.

Recentemente, i ricercatori hanno dimostrato che i fori su scala nanometrica scavati in sottili fogli di metallo sono pixel efficaci per la diffusione della luce. Sorprendentemente, quando questi nanofori sono disposti in modo casuale, invece che periodicamente, l'ologramma generato diventa più uniforme. Progettare dispositivi con componenti disposti casualmente, però, è tecnicamente impegnativo, poiché parametri come il raggio e la spaziatura dei nanofori possono variare in un'ampia gamma di valori.

Per superare questi ostacoli, Jinghua Teng dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e colleghi hanno ideato un metodo teorico che decostruisce il complesso campo diffratto da un singolo nanoforo in semplici espressioni analitiche che possono essere risolte esattamente. Sovrapponendo le soluzioni tra loro, possono calcolare locale, campi elettrici specificati invece di spendere risorse computazionali significative per simulare numericamente l'intero array nanofotonico.

I ricercatori si sono rivolti ad algoritmi genetici per organizzare in modo efficiente i fori in un setaccio di fotoni. Abbinando ripetutamente, attraversamento, e mutando i "cromosomi" contenenti diversi "geni" - etichette di diverse dimensioni e posizioni dei nanofori - si evolve un modello aperiodico che ottimizza il controllo della luce olografica sulla base dei calcoli del campo elettrico semplificati.

Prossimo, il team ha utilizzato la litografia a fascio di elettroni per trasformare il loro progetto in un dispositivo pratico incidendo oltre 34, 000 nanofori aperiodici in un sottile film di cromo (vedi immagine). Il prototipo risultante ha aumentato l'efficienza di diffrazione di quasi il 50% rispetto ai dispositivi nanofotonici convenzionali con una risoluzione dell'immagine centinaia di volte migliore. Anche gli errori olografici comuni o gli "artefatti" come le immagini gemelle sono stati eliminati attraverso questa tecnica.

"Le immagini olografiche di alta qualità sono promettenti per applicazioni come l'anticontraffazione, crittografia ottica e sistema di identificazione delle informazioni portatile, " dice Teng. "Per esempio, potrebbe essere utilizzato in anticontraffazione in banconote, con le sue dimensioni ultracompatte, alta qualità, e persino olografi a più livelli."

I ricercatori hanno dimostrato un'altra applicazione del loro approccio progettando un sistema di "superfocalizzazione" in grado di risolvere oggetti più piccoli della lunghezza d'onda della luce. Con i nanofori disposti in anelli concentrici, la lente del setaccio fotonico focalizza la luce fino a punti larghi appena 200 nanometri, scale utili per l'imaging biologico e le manipolazioni ottiche.