Metasurface projetada para criar três imagens diferentes dependendo da iluminação

Ilustração esquemática da metasuperfície de três canais para nanoimpressão de cores estruturais com marca d'água e imagens holográficas. Nanobricks com diferentes tamanhos e orientações são dispostos no substrato transparente. Alterando a condição de iluminação e a polarização de saída da luz, três tipos de imagens podem ser produzidos com a metasuperfície simples. Sob a irradiação de luz natural não polarizada, uma imagem de nanoimpressão de cor estrutural da paisagem aparece na superfície da metasuperfície (canal 1). Quando um analisador é inserido para controlar a direção de polarização da luz emergente, a imagem de nanoimpressão de cor estrutural idêntica, mas coberta com um padrão de marca d'água, pode ser observada (canal 2). Além disso, uma imagem holográfica centrossimétrica pode ser projetada no campo distante sob a iluminação do laser a 620 nm (canal 3). Crédito:Optics Express (2022). DOI:10.1364/OE.472789

Pesquisadores desenvolveram um dispositivo de metasuperfície que pode exibir três tipos de imagens, dependendo da luz de iluminação. O dispositivo de três canais pode ser usado como medida antifalsificação ou oferecer uma nova maneira de fornecer informações criptografadas com segurança.
"Metasuperfícies são materiais artificiais com pequenas nanoestruturas que podem ser usadas para manipular a luz", disse o membro da equipe de pesquisa Qi Dai, da Universidade de Wuhan, na China. "Neste trabalho, exploramos o tamanho e a orientação das nanoestruturas para projetar uma metasuperfície com três modos de trabalho".

Os pesquisadores descrevem o novo dispositivo no Optics Express . Eles também mostraram que, dependendo da luz usada, a metasuperfície geraria uma imagem holográfica ou uma imagem de nanoimpressão de cores estruturais com ou sem marcas d'água dependentes de polarização.

“Nossa pequena metasuperfície pode ser facilmente anexada a moeda, carteiras de identidade, cartões de crédito, certificados, relógios ou anéis para antifalsificação”, disse Dai. "Como essa metasuperfície multifuncional possui duas proteções, ela pode fornecer uma abordagem simples, mas eficaz, para combater a falsificação."

Um dispositivo três em um

Embora outros dispositivos antifalsificação baseados em metasuperfície tenham sido desenvolvidos, as informações ocultas geralmente são recuperadas na superfície ou por meio de uma imagem holográfica de campo distante. Para criar uma metasuperfície de três canais mais segura, os pesquisadores fundiram a nanoimpressão de cores estruturais com marca d'água com imagens holográficas em um dispositivo, que é feito de minúsculos nanotijolos dispostos em um substrato transparente.

Pesquisadores desenvolveram um dispositivo de metasuperfície que pode exibir três tipos de imagens, dependendo da luz de iluminação. São mostradas uma imagem nanoimpressa colorida (a), a mesma imagem com uma marca d'água dependente de polarização (b) e uma flor holográfica (c). Crédito:Qi Dai, Universidade de Wuhan

Ao projetar cuidadosamente os tamanhos e orientações dos nanotijolos, os pesquisadores desenvolveram uma maneira de criar imagens de cores estruturais que aparecem na superfície do dispositivo, bem como uma imagem holográfica que aparece no campo distante. Em vez de depender de tintas ou corantes, a cor estrutural usa nanoestruturas com diferentes parâmetros geométricos para produzir cor influenciando diretamente o espectro da luz transmitida ou refletida.

A imagem de nanoimpressão de cor estrutural sem marca d'água pode ser prontamente observada sob iluminação de luz natural, enquanto a mesma imagem coberta com um padrão de marca d'água pode ser decodificada apenas com um polarizador óptico. A imagem holográfica no terceiro canal só pode ser vista sob luz laser coerente.

Segurança adicional

"Quando nossa metasuperfície é empregada para antifalsificação, a nanoimpressão de cores estruturais sem marca d'água pode ser facilmente observada usando uma câmera em um smartphone", disse Dai. "O padrão de marca d'água pode codificar informações necessárias para fornecer autenticação, pois só aparece com a ajuda de um polarizador óptico. A imagem holográfica, que pode ser reconstruída com um ponteiro laser, pode ser usada como uma segunda camada de segurança."

Para o experimento, as imagens holográficas foram visualizadas usando um caminho óptico composto por um laser contínuo, íris, lente, a amostra e uma tela óptica. Crédito:Qi Dai, Universidade de Wuhan

Para demonstrar o novo dispositivo de metasuperfície, os pesquisadores fabricaram uma amostra usando litografia de feixe de elétrons padrão. As imagens de nanoimpressão com e sem marca d'água foram observadas usando um microscópio óptico, enquanto as imagens holográficas foram visualizadas usando um caminho óptico composto por um laser contínuo, íris, lente, a amostra e uma tela óptica.

"Nossos experimentos mostraram que a nanoimpressão de cores estruturais com marca d'água tinha alta sensibilidade à polarização e criava um visual claro com efeitos de cores brilhantes", disse Dai. “Também descobrimos que a metasuperfície projetada pode criar uma imagem holográfica em uma ampla faixa de comprimento de onda de 480 nm a cerca de 650 nm”.

Os pesquisadores planejam combinar suas novas metasuperfícies multifuncionais com outros materiais, como cristal líquido e fósforo negro, para obter um controle dinâmico e mais versátil da luz. Eles também querem explorar como as metasuperfícies podem ser usadas para computação óptica e detecção biomédica e estão trabalhando em maneiras de produzir em massa o novo material. + Explorar mais