Schematisk illustration av den trekanaliga metaytan för vattenmärkt strukturell färg nanotryck och holografisk avbildning. Nanobricks med olika storlekar och orienteringar är arrangerade på det transparenta underlaget. Genom att ändra ljusförhållandena och utgående polarisering av ljus kan tre typer av bilder produceras med den enkla metaytan. Under bestrålningen av opolariserat naturligt ljus uppträder en strukturell färgbild av nanotryck av landskap på ytan av metaytan (kanal 1). När en analysator sätts in för att styra polarisationsriktningen för det framträdande ljuset, kan den identiska strukturella färgbilden med nanotryck men täckt med ett vattenstämpelmönster observeras (kanal 2). Dessutom kan en centrosymmetrisk holografisk bild projiceras i fjärrfältet under laserbelysningen vid 620 nm (kanal 3). Kredit:Optics Express (2022). DOI:10.1364/OE.472789
Forskare har utvecklat en metasyteenhet som kan visa tre typer av bilder beroende på belysningsljuset. Trekanalsenheten kan användas som en åtgärd mot förfalskning eller erbjuda ett nytt sätt att säkert leverera krypterad information.
"Metaytor är konstgjorda material med små nanostrukturer som kan användas för att manipulera ljus", säger forskarteammedlemmen Qi Dai från Wuhan University i Kina. "I detta arbete har vi utnyttjat både storleken och orienteringen av nanostrukturerna för att designa en metayta med tre arbetslägen."
Forskarna beskriver den nya enheten i Optics Express . De visade också att beroende på vilket ljus som används, skulle metaytan generera en holografisk bild eller en strukturell färgbild med nanotryck med eller utan polarisationsberoende vattenstämplar.
"Vår lilla metayta skulle lätt kunna fästas på valuta, ID-kort, kreditkort, certifikat, klockor eller ringar för att motverka förfalskning", sa Dai. "Eftersom denna multifunktionella metayta har dubbla skyddsåtgärder kan den ge ett enkelt men effektivt sätt att bekämpa förfalskning."
En tre-i-ett-enhet
Även om andra metasytbaserade antiförfalskningsenheter har utvecklats, hämtas den dolda informationen vanligtvis antingen på ytan eller via en holografisk bild på långt håll. För att skapa en säkrare metayta med tre kanaler slog forskarna samman vattenmärkt nanotryck i strukturell färg med holografisk avbildning till en enhet som är gjord av små nanobrickar arrangerade på ett transparent substrat.
Forskare har utvecklat en metasyteenhet som kan visa tre typer av bilder beroende på belysningsljuset. En bild med nanotryck i färg (a), samma bild med ett polarisationsberoende vattenmärke (b) och en holografisk blomma (c) visas. Kredit:Qi Dai, Wuhan University
Genom att noggrant konstruera nanostenarnas storlekar och orienteringar utvecklade forskarna ett sätt att skapa strukturella färgbilder som visas på enhetens yta såväl som en holografisk bild som visas i fjärran fält. Istället för att förlita sig på bläck eller färgämnen, använder strukturell färg nanostrukturer med olika geometriska parametrar för att producera färg genom att direkt påverka spektrumet av transmitterat eller reflekterat ljus.
Den ovattenmärkta strukturfärgade nanoprintbilden kan lätt observeras under naturlig ljusbelysning medan samma bild täckt med ett vattenstämpelmönster endast kan avkodas med en optisk polarisator. Den holografiska bilden i den tredje kanalen kan endast ses under koherent laserljus.
Ytterligare säkerhet
"När vår metayta används för att bekämpa förfalskning, kan den ovattenmärkta strukturella färgen nanoprinting enkelt observeras med en kamera på en smartphone," sa Dai. "Det vattenmärkta mönstret skulle kunna koda information som behövs för att ge autentisering eftersom det bara visas med hjälp av en optisk polarisator. Den holografiska bilden, som kan rekonstrueras med en laserpekare, skulle kunna användas som ett andra säkerhetslager."
För experimentet visualiserades de holografiska bilderna med hjälp av en optisk bana bestående av en kontinuumlaser, iris, lins, provet och en optisk skärm. Kredit:Qi Dai, Wuhan University
För att demonstrera den nya metasurface-enheten tillverkade forskarna ett prov med hjälp av standardelektronstrålelitografi. De vattenmärkta och ovattenmärkta nanotryckbilderna observerades med ett optiskt mikroskop medan de holografiska bilderna visualiserades med hjälp av en optisk bana bestående av en kontinuerlig laser, iris, lins, provet och en optisk skärm.
"Våra experiment visade att den vattenmärkta strukturella färgen nanoprinting hade hög polarisationskänslighet och skapade en tydlig bild med ljusa färgeffekter," sa Dai. "Vi fann också att den designade metaytan kan skapa en holografisk bild över ett brett våglängdsområde från 480 nm till cirka 650 nm."
Forskarna planerar att kombinera sina nya multifunktionella metasytor med andra material som flytande kristaller och svart fosfor för att uppnå dynamisk och mer mångsidig kontroll av ljus. De vill också utforska hur metasytorna kan användas för optisk beräkning och biomedicinsk avkänning och arbetar på sätt att massproducera det nya materialet. + Utforska vidare
