Самые маленькие в мире спирали могут сделать нечто удивительное: защитить от кражи личных данных. Если взять золотые спирали размером с десятицентовую монету и уменьшить их примерно в шесть миллионов раз, то получившиеся наноспирали будут обладать уникальными оптическими свойствами, которые будет практически невозможно подделать, если их добавить в удостоверения личности, банкноты и другие важные документы.
«Они определённо меньше, чем любая из спиралей, о которых мы читали в научной литературе», — сказал Родерик Дэвидсон II, один из исследователей, в пресс-релизе.
Большинство других исследователей, изучавших свойства микроскопических спиралей, делали это, располагая отдельные наночастицы в виде спиралей, похожих на те, что получаются, если нанести несколько капель чернил на лист бумаги. Однако эти новые наноспирали имеют сплошные «рукава» и гораздо меньше по размеру. На самом деле ширина квадратного массива из 100 наноспиралей составляет менее одной сотой миллиметра.
Эти спирали обладают необычными свойствами. При освещении инфракрасным лазером они излучают видимый синий свет. Ряд кристаллов в той или иной степени демонстрируют этот эффект, называемый удвоением частоты или генерацией гармоник. Самым мощным из известных ранее удвоителей частоты является синтетический кристалл бета-бората бария, но наноспирали излучают в четыре раза больше синего света на единицу объёма.
Когда инфракрасный лазерный луч попадает на спирали, он поглощается электронами в золотых «руках». «Руки» настолько тонкие, что электроны вынуждены двигаться по спирали. Электроны, движущиеся к центру, поглощают достаточно энергии, чтобы некоторые из них начали излучать синий свет с частотой, вдвое превышающей частоту входящего инфракрасного света.
«Это похоже на то, что происходит со струной скрипки, когда по ней сильно проводят смычком, — сказал Ричард Хаглунд, руководивший исследованием. — Если по струне скрипки провести совсем слегка, она издаст один тон. Но если провести по ней сильно, она начнёт издавать более высокие гармоники, или обертоны. Электроны в центре спиралей довольно сильно движутся под воздействием электрического поля лазера». Синий свет на октаву выше инфракрасного — это вторая гармоника.
Наноспирали с их уникальными свойствами можно использовать для предотвращения мошенничества. Если их встроить в кредитную карту или удостоверение личности, их можно будет обнаружить с помощью устройства, похожего на сканер штрихкодов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanophotonics.