Ученые предложили простой и дешевый метод создания оптически неоднородных материалов, которые можно использовать в качестве меток для маркировки драгоценностей, например украшений и предметов искусства. Предложенный подход заключается в том, что на пластинку из наночастиц серебра лазером наносят рисунок, который уникальным образом взаимодействует с поляризованным светом. Повторить такой рисунок практически невозможно, поэтому, если его нанести на драгоценность, он поможет легко отличить ее от самых качественных подделок. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.
Чтобы защитить уникальные и дорогие вещи — например предметы искусства и украшения — от подделок, можно наносить на них наноразмерные (величиной в миллионные доли сантиметра) метки. Сделать такие метки можно на основе так называемых анизотропных материалов — материалов, по-разному поглощающих свет в разных их частях. Их можно сравнить с цветным рисунком, в котором элементы разного цвета поглощают только определенные длины волн, а остальные отражают. Но, в отличие от обычных рисунков, такие метки можно сделать почти незаметными и абсолютно уникальными.
Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) с коллегами предложили простой и дешевый способ синтеза оптически неоднородных материалов на основе наночастиц серебра, который можно легко масштабировать и использовать для маркировки любых твердых объектов.
«Серебряные поверхности с неоднородными оптическими свойствами можно создавать с помощью химического синтеза и литографическими методами. Оба подхода довольно трудоемки и требуют дорогостоящего оборудования и реактивов. Мы разработали дешевый способ, при котором неоднородность в материале создается под действием поляризованного лазерного излучения. Поляризованным называют свет, у которого вектор электрического поля ориентирован в каком-то строго определенном направлении. Для сравнения, в случае обычного солнечного света этот вектор направлен во все стороны в плоскости, перпендикулярной распространению световой волны», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Гладских, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО.
Сначала авторы в вакуумной камере напылили на стеклянную подложку наночастицы серебра, сформировав таким образом тонкую пленку толщиной 5 нанометров (в десятки раз меньше размера вирусов). Затем в эту пленку внесли неоднородности — как будто нанесли «рисунок», — направляя на разные ее части поляризованный лазерный луч. Лазер возбуждал в материале наночастицы серебра, причем не каждую по отдельности, а их пары. Под действием лазера пары частиц нагревались и меняли свою форму, что приводило к изменению их оптических свойств. То есть в изначально однородном материале появлялись наноразмерные участки, которые поглощали свет не так, как остальная поверхность. При этом, когда лазером вели по серебряной пластине и при этом постоянно меняли поляризацию излучения, каждая пара наночастиц по-своему изменяла свои оптические свойства. В результате на пластинке формировался узор, повторить который крайне сложно.
«При обычном комнатном освещении нанесенная таким образом метка будет иметь вид обычного рисунка. Но, если посмотреть на нее в поляризованном свете (который можно получить с помощью поляризационных светофильтров, используемых для фотографии), то в зависимости от того, как изменились оптические свойства каждой конкретной пары наночастиц серебра, разные части рисунка будут по-разному менять цвет. И это изменение цвета будет уникальным: повторить его можно, только если абсолютно таким же образом — в тех же местах меняя поляризацию и направление движения лазера — нанести рисунок, что с практической точки зрения почти невозможно», — поясняет Игорь Гладских.
В дальнейшем ученые планируют протестировать предложенную технологию на наночастицах серебра, выращенных в стекле. Это позволит маркировать стеклянные изделия без нанесения на их поверхность дополнительного серебряного слоя.
В исследовании также принимали участие сотрудники Саутгемптонского университета (Великобритания), Института синхротронных исследований «CANDLE» (Армения) и Тель-Авивского университета (Израиль).