Ilustración esquemática de la metasuperficie de tres canales para nanoimpresión de color estructural con marca de agua e imágenes holográficas. Sobre el sustrato transparente se disponen nanoladrillos de diferentes tamaños y orientaciones. Al cambiar la condición de iluminación y la polarización saliente de la luz, se pueden producir tres tipos de imágenes con la metasuperficie simple. Bajo la irradiación de luz natural no polarizada, aparece una imagen de nanoimpresión de color estructural del paisaje en la superficie de la metasuperficie (canal 1). Cuando se inserta un analizador para controlar la dirección de polarización de la luz emergente, se puede observar la imagen de nanoimpresión de color estructural idéntica pero cubierta con un patrón de marca de agua (canal 2). Además, se puede proyectar una imagen holográfica centrosimétrica en el campo lejano bajo la iluminación láser a 620 nm (canal 3). Crédito:Optics Express (2022). DOI:10.1364/OE.472789
Los investigadores han desarrollado un dispositivo de metasuperficie que puede mostrar tres tipos de imágenes según la luz de iluminación. El dispositivo de tres canales podría usarse como una medida contra la falsificación u ofrecer una nueva forma de entregar información cifrada de manera segura.
"Las metasuperficies son materiales artificiales con diminutas nanoestructuras que se pueden usar para manipular la luz", dijo Qi Dai, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Wuhan en China. "En este trabajo, aprovechamos tanto el tamaño como la orientación de las nanoestructuras para diseñar una metasuperficie con tres modos de trabajo".
Los investigadores describen el nuevo dispositivo en Optics Express . También demostraron que, dependiendo de la luz utilizada, la metasuperficie generaría una imagen holográfica o una imagen de nanoimpresión de color estructural con o sin marcas de agua dependientes de la polarización.
"Nuestra diminuta metasuperficie podría adherirse fácilmente a moneda, tarjetas de identificación, tarjetas de crédito, certificados, relojes o anillos para combatir la falsificación", dijo Dai. "Debido a que esta metasuperficie multifuncional presenta dos medidas de seguridad, podría proporcionar un enfoque simple pero efectivo para luchar contra la falsificación".
Un dispositivo tres en uno
Aunque se han desarrollado otros dispositivos antifalsificación basados en la metasuperficie, la información oculta generalmente se recupera en la superficie o mediante una imagen holográfica de campo lejano. Para crear una metasuperficie de tres canales más segura, los investigadores fusionaron la nanoimpresión de color estructural con marca de agua con imágenes holográficas en un dispositivo, que está hecho de diminutos nanoladrillos dispuestos sobre un sustrato transparente.
Los investigadores han desarrollado un dispositivo de metasuperficie que puede mostrar tres tipos de imágenes según la luz de iluminación. Se muestra una imagen nanoimpresa en color (a), la misma imagen con una marca de agua dependiente de la polarización (b) y una flor holográfica (c). Crédito:Qi Dai, Universidad de Wuhan
Mediante la ingeniería cuidadosa de los tamaños y orientaciones de los nanoladrillos, los investigadores desarrollaron una forma de crear imágenes de color estructural que aparecen en la superficie del dispositivo, así como una imagen holográfica que aparece en el campo lejano. En lugar de depender de tintas o tintes, el color estructural utiliza nanoestructuras con diferentes parámetros geométricos para producir color al influir directamente en el espectro de luz transmitida o reflejada.
La imagen de nanoimpresión de color estructural sin marca de agua se puede observar fácilmente bajo iluminación de luz natural, mientras que la misma imagen cubierta con un patrón de marca de agua se puede decodificar solo con un polarizador óptico. La imagen holográfica en el tercer canal solo se puede ver bajo luz láser coherente.
Seguridad adicional
"Cuando nuestra metasuperficie se emplea para la lucha contra la falsificación, la nanoimpresión de color estructural sin marca de agua se puede observar fácilmente usando una cámara en un teléfono inteligente", dijo Dai. "El patrón con marca de agua podría codificar la información necesaria para brindar autenticación, ya que solo aparece con la ayuda de un polarizador óptico. La imagen holográfica, que podría reconstruirse con un puntero láser, podría usarse como una segunda capa de seguridad".
Para el experimento, las imágenes holográficas se visualizaron utilizando un camino óptico que consta de un láser continuo, iris, lente, la muestra y una pantalla óptica. Crédito:Qi Dai, Universidad de Wuhan
Para demostrar el nuevo dispositivo de metasuperficie, los investigadores fabricaron una muestra utilizando litografía de haz de electrones estándar. Las imágenes de nanoimpresión con y sin marca de agua se observaron con un microscopio óptico, mientras que las imágenes holográficas se visualizaron con un camino óptico que consiste en un láser continuo, iris, lente, la muestra y una pantalla óptica.
"Nuestros experimentos mostraron que la nanoimpresión de color estructural con marca de agua tenía una alta sensibilidad a la polarización y creaba una imagen clara con efectos de colores brillantes", dijo Dai. "También descubrimos que la metasuperficie diseñada puede crear una imagen holográfica en un amplio rango de longitud de onda desde 480 nm hasta aproximadamente 650 nm".
Los investigadores planean combinar sus nuevas metasuperficies multifuncionales con otros materiales como el cristal líquido y el fósforo negro para lograr un control dinámico y más versátil de la luz. También quieren explorar cómo se podrían usar las metasuperficies para la computación óptica y la detección biomédica y están trabajando en formas de producir en masa el nuevo material. Nuevo dispositivo basado en metasuperficies crea diferentes imágenes según la luz y las condiciones ambientales
