Блог компании ua-hosting.company. Человек является самым развитым с точки зрения интеллекта существом на планете Земля. Эволюция подарила нам возможность мыслить куда шире, чем на то способные другие обитатели планеты. Мы задаем вопросы и ищем на них ответы, создаем невероятные по своей сложности устройства и невообразимые по своей красоте шедевры искусства. Данное превосходство порождает множество философских сравнений и этических дебатов.

Является ли интеллект корнем наших грехов и благодеяний, наших страхов и желаний, наших величайших чудес и ужасающих преступлений. Предположение о том, что лишь человек способен обманывать или воровать ложно, ведь это наблюдается и в поведении других животных, возможно лишь масштабы не сопоставимы. Тем не менее желание быстрой и легкой наживы среди людей процветает с самого начала существования цивилизации.

Кто-то идет на кражу, кто-то на обман, а кто-то выбирает более изящный, но не более законный метод, — контрафакт. Изготовление подделок является серьезной проблемой современного мира, от которой страдают самые разные отрасли, от легкой промышленности до фармацевтики. В борьбе с контрафактом разрабатывают все новые и новые методы защиты оригинального товара и предупреждения потенциального покупателя о возможной подделке — водяные знаки, гравировки, уникальные метки и т. д. Но, несмотря на все эти усилия, подделки продолжают спокойно курсировать рынком.

Инженеры из Гонконгского университета разработали новый метод маркировки, который, по их мнению, невозможно будет подделать, а основан он на, как не иронично, на искусственных алмазах. В чем суть этого метода, как он реализуется, и насколько он надежен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Подделки встречаются повсеместно — продукты питания, лекарства, бытовая химия, электроника и т. д. Некоторые подделки наносят лишь моральный ущерб тому, кому «повезло» стать их обладателем. Но есть и те, что могут угрожать жизни и здоровью человека.

В последние десятилетия для предотвращения подделок были разработаны различные стратегии защиты, включая водяные знаки, голограммы, штрих-коды, двумерные коды и т. д. Проблема в том, что все эти методы основаны на воспроизводимых детерминированных процессов. А если процесс детерминирован, т. е. лишен случайности, то его можно повторить.

Многообещающим по мнению многих ученых является подход, который включает использование меток безопасности с физическими неклонируемыми функциями (PUF от physical unclonable functions). PUF использует внутренние случайные вариации, вызванные недетерминированным процессом изготовления, для формирования секретного ключа, который является внутренним для PUF и не назначается внешним источником. К настоящему времени были опробованы различные типы материалов (например, металлы и полупроводники, фотонные структуры, ДНК-наноструктуры и гидрогели) и разработаны различные методы изготовления (например, капельное литье, струйная печать и самосборка), пытающиеся реализовать потенциал PUF.

Оптические PUF привлекают все большее внимание из-за присущей им случайности, управляемости и разнообразия в настройке оптических характеристик люминесцентных строительных блоков в нескольких измерениях, например, цвет флуоресценции, интенсивность и срок службы. Люминесценция этих строительных блоков (например, квантовых точек, перовскитов, полимерных точек, наночастиц с повышением частоты, плазмонных наночастиц, люминофоров и лантаноидов) может модулироваться (возбуждаться, гаситься или настраиваться) рядом внешних раздражителей (свет, тепло, химические вещества и механическая сила), что делает их многообещающими кандидатами в продвинутой криптографии.

Несмотря на свою несомненную значимость, большинство оптических PUF демонстрируют неудовлетворительную стабильность в сложных условиях. Кроме того, большинство из них производится методом мокрого химического синтеза в растворе, что может быть несовместимо с микроэлектроникой и может иметь неблагоприятное влияние на их основные функции.

Весьма популярным материалом во многих отраслях стали алмазы, ввиду их уникальных свойств — исключительная химическая инертность, превосходная механическая прочность и устойчивость к высоким температурам. В частности, различные фотолюминесцентные дефектные центры в алмазе, например центры кремниевых вакансий (SiV от silicon-vacancy), привлекли значительное внимание для множества приложений благодаря их уникальным оптическим и спектроскопическим свойствам.

Стоит отметить, что расположение, распределение и концентрация этих атомных дефектов в решетке алмаза случайны из-за стохастических процессов их образования. В то же время границы поверхности, форма и геометрические размеры исходных кристаллов алмаза могут быть легко изменены методами их синтеза (например, CVD — метод химического осаждения из паровой фазы) и последующей обработки. В результате эти люминесцентные центры связаны с поверхностными свойствами, структурой и формой алмазных частиц, и их невозможно точно клонировать или подделывать.

С развитием методов CVD и контролируемого легирования стало возможным выращивать большие площади высококачественных алмазных частиц с разными цветовыми центрами на различных подложках при относительно низких затратах. Положение, размер и форма выращенных алмазных частиц сильно зависят от различных параметров роста, которые являются недетерминированными процессами (1a), удовлетворяющими критическим требованиям для изготовления маркеров из PUF.

Изображение №1

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые описывают масштабируемую, надежную и интеллектуальную стратегию борьбы с подделками, основанную на ранее разработанных высококачественных микрочастицах алмазов, выращенные методом CVD, на гетерогенных подложках. Разработанные алмазные PUF демонстрируют отличные характеристики в отношении емкости, разнообразия, безопасности, технологичности, надежности и совместимости (1b). Интенсивность фотолюминесценции (PL от photoluminescence) центров SiV и картины (и спектры) светорассеяния алмазных частиц используются для обеспечения возможности многомерного оптического кодирования с большой емкостью (1c). Более того, обработка алмазных PUF после окисления воздухом делает возможной их динамическую кодирующую функцию, основанную на недетерминированном изменении сигналов фотолюминесценции SiV и/или паттернов упаковки алмазных микрочастиц. Маркеры, изготовленные на основе алмазов продемонстрировали сверхстабильность в экстремальных условиях, включая агрессивную химическую среду, высокую температуру, механическое истирание и облучение УФ-светом. Возможность мультимодального динамического кодирования и превосходная надежность алмазных PUF указывают на то, что они обладают большим потенциалом для реализации защиты от подделок.

Результаты исследования

Ранее авторы данного труда уже добились отличных результатов в области изготовления крупномасштабных алмазных микрочастиц с центрами SiV на кремниевой подложке с использованием наноалмазов HPHT (high temperature — high pressure), окисленных на воздухе с помощью соли (SAAO от salt-assisted air-oxidized), в качестве CVD затравок.