Способ защиты от подделок документов, ценных бумаг или изделий с помощью наноалмазов с оптически активными ne8-центрами

Способ защиты от подделок документов, ценных бумаг или изделий с помощью наноалмазов с оптически активными ne8-центрами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области защиты от подделок объектов защиты, в частности документов, ценных бумаг, денежных знаков или изделий. В изобретении предлагается введение новой метки, представляющей собой нанокристаллы алмазов с оптически активными NE8 центрами. Наличие метки в объекте защиты зондируется излучением оптического диапазона.

Последнее время активно ведется поиск способов реализации квантовых вычислений. Для решения этой задачи необходим физический объект, в котором, во-первых, возможно создание относительно долгоживущих суперпозиционных состояний, являющихся квантовым носителем информации - кубитом, а во-вторых, возможна передача этого состояния фотону и обратно. В принципе, кубит можно записать в любой квантовой двухуровневой системе. Однако ни один из множества опробованных объектов: спиновых состояний атомов, квантовых точек, сверхпроводящих цепей, ионов в ловушках, - не обладает достаточной простотой и надежностью для практических применений. Причины различны: в одних случаях это связано с малыми временами продольной и поперечной релаксации, в других - с низкой стабильностью рассматриваемых систем или со сложностью управления их состоянием.

С открытием активных NT8 центров [V.A. Nadolinny, А.Р.Yelisseyev, J.M.Baker, М.Е.Newton, D.J.Twitchen, S.C.Lawsonk, O.P.Yuryeva, B.N.Feigelson, A study of ¹³C hyperfine structure in the EPR of nickel-nitrogen-containing centers in diamond and correlation with their optical properties, J.Phys.: Condens. Matter 11 (1999), 7357-7376, Д1] в кристаллах алмаза появился практически значимый вариант реализации кубитов. В основном состоянии этих центров возможно создание когерентных суперпозиций квантовых состояний, а разрешенный оптический дипольный переход позволяет опрашивать эти состояния фотонами.

NE8-центр представляет собой оптически активный центр, состоящий из атома никеля, окруженного четырьмя атомами азота, замещающими в решетке алмаза соответствующие атомы углерода. Пространственная структура названного центра представлена на Фиг.1.

Уровни энергии NE8-центра, ответственные за его оптические свойства, приведены (не в масштабе) на Фиг.2. Интересующие нас радиационные процессы в NE8-центре описываются упрощенной диаграммой, содержащей три уровня (1, 2, 3). Основной нулевой уровень (0) связан разрешенным оптическим переходом с первым уровнем (1). Уровень, обозначенный вторым (2), является метастабильным и проявляется в кинетике излучения через релаксационные процессы, приводящие к безизлучательным переходам с первого уровня (1) на второй (2) и со второго (2) на нулевой (0), которые характеризуются относительными ширинами и Г₁₂ и Г₂₀. Уникальной особенностью NE8-центра является наличие узкого пика бесфононной люминесценции с шириной 1,2 нм, в котором содержится до 70% от всей энергии, излучаемой с первого уровня (1).

На фиг.3 приведены соответствующие полученные в эксперименте спектры люминесценции. Слева от основного пика возникает дополнительный пик, происхождение которого объясняется Рамановским рассеянием основного излучения.

Перспектива применения нанокристаллов алмаза с NE8-центрами в качестве уникальных меток в целях защиты объектов определяется сочетанием специфических свойств этих центров (уникально узкая даже при комнатной температуре линия люминесценции) с фотостабильностью и высокой прочностью алмазной матрицы.

Для формирования меток нами предлагаются нанокристаллы алмаза размером 5-150 нм с созданными в них NE8-центрами. Малый размер кристаллов алмаза делает их невидимыми в оптический микроскоп. Нижняя граница указанного диапазона допустимых размеров нанокристаллов алмаза обусловлена необходимостью изолировать активный центр решеткой алмаза от окружающей среды, а верхняя граница - желанием увеличить выход излучения из кристалла алмаза, которое в случае кристаллов большего размера понижается вследствие эффекта полного внутреннего отражения.

Наиболее близок к нашему предложению патент (RU 2312882C2, 20.12.2007, Д2), который взят нами в качестве прототипа. Его авторы предложили использовать печатную жидкость с введенными в нее кристаллическими наночастицами солей или оксидов металлов со средним диаметром менее 300 нм, флуоресцирующих или фосфоресцирующих при возбуждении. В названном патенте предлагается большое число веществ, которые могут быть использованы в качестве добавок-люминофоров в составе указанных наночастиц.

В прототипе рассматривается большое количество классических люминофоров, в которых люминесценция определяется только населенностями верхних энергетических уровней и суммарным излучением многих статистически независимых центров. Нами предлагается использовать люминесценцию NE8-центров в нанокристаллах алмаза. Такие кристаллы, помимо возможности использования их в качестве классического люминофора, позволяют ставить вопрос использования их для реализации неклассических схем обработки принимаемого сигнала, когда в режиме слабых сигналов в статистических свойствах принимаемого сигнала возможно наблюдение эффекта «антикорреляции» - роста корреляционной функции сигнала на малых временах.

Алмаз является перспективным кандидатом для поиска и других активных оптических центров, поскольку из-за высокой жесткости его решетки он имеет низкую плотность фононных состояний и по этой причине - меньшую эффективность взаимодействия локализованных квантовых состояний с фононами.

Суммируя изложенное выше, можно сказать, что предлагаемое изобретение отличается тем, что наночастицы алмаза со специально созданными в них NE8-центрами используют для защиты от подделок объектов защиты, в частности документов, ценных бумаг и других изделий, путем введения таких наночастиц в лаки, краски, клеи, волокна и другие материалы, используемые при изготовлении защищаемых объектов.

Проверка подлинности объекта защиты производится известными оптическими методами, подразумевающими наличие источника оптического возбуждения (широкополосного источника излучения), излучающего на длинах волн в диапазоне 600-800 нм, соответствующими максимуму поглощения используемых меток. На Фиг.4 приведены спектры люминесценции NE8-центров в зависимости от длины волны возбуждающего излучения. Зависимость, приведенная на Фиг.4, показывает, что выбор длины волны вне указанного выше диапазона в 600-800 нм не будет целесообразен в виду слабой люминесценции введенной метки, что существенно затруднит ее определение и идентификацию.

При этом фотоприемное устройство, настроенное на узкий диапазон длин волн от 798-802 нм, как показано на Фиг.3, позволяет идентифицировать объект защиты после его облучения длинами волн из указанного выше диапазона, регистрируя упомянутый узкий пик бесфоновой люминесценции с шириной 1,2 нм (Фиг.3).

Подделать предлагаемую метку крайне сложно в силу узости ее полосы люминесценции, что может быть использовано в качестве идентификационного признака.

1. Способ защиты от подделок объектов защиты, заключающийся в том, что в объект защиты вводят или наносят флюоресцирующую под воздействием внешнего излучения метку, отличающийся тем, что метка представляет собой нанокристал алмаза с активным NE8-центром, при этом проверку на подлинность объекта защиты с упомянутой меткой в виде нанокристалла алмаза с активным NE8-центром осуществляют по регистрации узкого пика люминесценции после облучения упомянутого объекта защиты широкополосным источником излучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объектами защиты являются документы, ценные бумаги, денежные знаки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию узкого пика люминесценции осуществляют на длине волны от 798 до 802 нм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ширина упомянутого узкого пика люминесценции равна 1,2 нм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нанокристалл алмаза с активным NE8-центром с размером от 5 до 150 нм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используется широкополосный источник излучения с длиной волны в диапазоне 600-800 нм.