Technologie

Neue optische Sicherheitstechnologien

22.04.2021 - Multifunktionale Meta-Oberflächen für fälschungssichere Systeme.

Eine immer stärker vernetzte Gesellschaft fordert die Daten- und Informationssicherheit zunehmend heraus. Um die Identität des Einzelnen zu schützen und das Sicherheitsniveau bei der Identifizierung zu verbessern, sind neue Konzepte der Kryptographie gefragt. In einem gemeinsamen Projekt arbeiten Wissenschaftler der Uni Paderborn und der Pohang University of Science and Technology in Südkorea jetzt an der Entwicklung multifunktionaler Meta-Oberflächen. Durch spezielle Eigenschaften sollen sie neue optische Sicherheitstechnologien ermöglichen.

„Durch die Entwicklung von Meta-Oberflächen konnte in den vergangenen Jahren Licht auf eindrucksvolle und komplexe Weise bei seiner Ausbreitung verändert werden. Das wollen wir für eine neue Art der Sicherheitstechnologie nutzen“, sagt Thomas Zentgraf von der Uni Paderborn. „Meta-Oberflächen sind künstlich hergestellte Materialien. Sie bestehen aus einer dünnen Lage von Nanostrukturen auf einer Oberfläche.“ Durch sie lassen sich beispielsweise auf einfache Weise Hologramme ermöglichen, die den Wellencharakter des Lichts ausnutzen, oder auch Strukturfarben, also Farben, die nicht durch Farbpigmente, sondern durch Beugung oder Streuung von Licht sowie die Beschaffenheit einer Oberfläche bedingt sind.

„Meta-Oberflächen haben ein bemerkenswertes Potenzial für den Einsatz als optische Sicherheitselemente“, betont der Wissenschaftler. Aufgrund ihrer extrem hohen Auflösung, ihrer vielfältigen Datenspeichermöglichkeiten und ihrer sehr langen Lebensdauer seien sie für Verschlüsselungsanwendungen ideal geeignet, so Zentgraf weiter. „Beispiele für optische Sicherheitsmerkmale, die wir alle kennen, sind das Wasserzeichen, der Sicherheitsstreifen oder das Hologramm auf Geldscheinen“, erläutert er.

Die neuen Meta-Oberflächen sollen nicht nur als strukturelle Farbdrucke unter weißem Licht, sondern auch als vollständige Hologramme unter kohärenter Beleuchtung, also Laserlicht, funktionieren. „Eine solche Kombination kann möglicherweise eine neue optische Sicherheitstechnologie ermöglichen, da zwei verschiedene Konzepte zur Erzeugung visueller Informationen kombiniert werden“, so Zentgraf. Der Wissenschaftler nennt ein Beispiel: „Die strukturellen Farben, die durch das Zusammenspiel von Licht und Meta-Oberflächen entstehen, sind mit bloßen Augen zu erkennen und könnten beispielsweise einen QR-Code sichtbar werden lassen, der einfach mit der Smartphone-Kamera ausgelesen werden kann.“

„Zu dieser einfach zugänglichen Ebene von Informationen käme eine versteckte. Da Meta-Oberflächen auch Holgramme ermöglichen – die im Prinzip verschlüsselte Informationen sind – können diese als weiterer Sicherheitsschritt dienen. Um sie auszulesen, benötigt man das entsprechende Lichtfeld. Beispielsweise könnten die Hologramme also nur unter einer speziellen Beleuchtung, die nicht jedem zur Verfügung steht, einen Sicherheitscode erscheinen lassen, den man benötigt, um ihn auf einer Webseite einzugeben, zu der man über den zuvor genannten QR-Code gelangt.“

Die Forschungsarbeiten an den Universitäten in Deutschland und Südkorea könnten auf diesem Gebiet ideal kombiniert werden, so Zentgraf: „Durch unsere umfangreiche Erfahrung im Design neuartiger holographischer Meta-Oberflächen und durch die Erfahrung unserer koreanischen Partner in der Herstellung großflächiger Nanostrukturen für optische Meta-Oberflächen können wir die Kompetenzen beider Gruppen optimal verknüpfen.“

U. Paderborn / RK

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