СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛОК ДОКУМЕНТОВ, ЦЕННЫХ БУМАГ ИЛИ ИЗДЕЛИЙ С ПОМОЩЬЮ НАНОАЛМАЗОВ С ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ NE8-ЦЕНТРАМИ
PROTECTION METHOD AGAINST FORGERIES OF DOCUMENTS, SECURITY PAPERS OR ITEMS BY MEANS OF NANODIAMONDS WITH OPTICALLY ACTIVE NE8 CENTRES

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.
13
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 C 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.
12
20
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 Г и Г. 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.