Les billets de banque et les cartes de crédit pourraient bientôt comporter des hologrammes anti-contrefaçon améliorés grâce à un « tamis à photons » développé par les chercheurs et collègues d'A*STAR.

Les hologrammes contiennent des complexes, des informations d'image tridimensionnelles qui les rendent difficiles, mais pas impossibles, à contrefaire. Une façon d'améliorer leur sécurité consiste à utiliser des dispositifs sophistiqués qui améliorent la résolution holographique. Les dispositifs nanophotoniques déploient des réseaux de pixels de diffusion de la lumière à l'échelle nanométrique qui codent des couches d'informations supplémentaires par le biais d'interactions optiques en « champ proche » entre les lasers et les pixels.

Récemment, les chercheurs ont montré que des trous à l'échelle nanométrique creusés dans de fines feuilles de métal étaient des pixels efficaces de diffusion de la lumière. Étonnamment, lorsque ces nanotrous sont disposés aléatoirement, au lieu de périodiquement, l'hologramme généré devient plus uniforme. Concevoir des dispositifs avec des composants disposés de manière aléatoire, cependant, est techniquement difficile, car les paramètres tels que le rayon et l'espacement des nanotrous peuvent varier sur une large plage de valeurs.

Pour surmonter ces obstacles, Jinghua Teng de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR et ses collègues ont mis au point une méthode théorique qui déconstruit le champ diffracté complexe d'un seul nanotrou en expressions analytiques simples qui peuvent être résolues avec précision. En superposant les solutions entre elles, ils peuvent calculer local, champs électriques spécifiés au lieu de dépenser des ressources de calcul importantes pour simuler numériquement l'ensemble du réseau nanophotonique.

Les chercheurs se sont tournés vers des algorithmes génétiques pour organiser efficacement les trous dans un tamis à photons. En appariant à plusieurs reprises, traversée, et la mutation de « chromosomes » contenant différents « gènes » – des étiquettes de différentes tailles et positions de nanotrous – un modèle apériodique évolue qui optimise le contrôle de la lumière holographique sur la base des calculs simplifiés du champ électrique.

Prochain, l'équipe a utilisé la lithographie par faisceau d'électrons pour transformer leur conception en un dispositif pratique en gravant plus de 34, 000 nanotrous apériodiques dans un film mince de chrome (voir image). Le prototype résultant a augmenté l'efficacité de la diffraction de près de 50 % par rapport aux dispositifs nanophotoniques conventionnels avec une résolution d'image des centaines de fois supérieure. Les erreurs holographiques courantes ou « artefacts » tels que les images jumelles ont également été éliminés grâce à cette technique.

"Les images holographiques de haute qualité sont prometteuses pour des applications comme la lutte contre la contrefaçon, système de cryptage optique et d'identification d'informations portable, " dit Teng. " Par exemple, il pourrait être utilisé dans la lutte contre la contrefaçon des billets de banque, avec sa taille ultra-compacte, haute qualité, et même des holographes à plusieurs niveaux."

Les chercheurs ont démontré une autre application de leur approche en concevant un système de « superfocalisation » qui peut résoudre des objets plus petits que la longueur d'onde de la lumière. Avec les nanotrous disposés en anneaux concentriques, la lentille de tamis photonique concentre la lumière sur des points de seulement 200 nanomètres de large, des échelles utiles pour l'imagerie biologique et les manipulations optiques.