新突破！南开这项光学成果缘“荷”而来
随着信息技术的高速发展，人们对信息安全的需求日益增加。一系列防伪加密方法应运而生，如全息图、激光烫印、水印、二维码/条形码、射频识别标签、防伪油墨等。这些安全标签的防伪能力主要依赖于高技术壁垒和有限的制造材料。然而，由于加密方法的低的复杂性，高的可预测性，由确定性方法产生的传统安全标签很容易被有动机的伪造者复制和重新生成。开发坚不可摧和不可复制的防伪加密方法一直是一个重大的挑战。
日前，南开大学宋峰教授、冯鸣副教授团队基于石英玻璃中稀土离子的空间选择性掺杂和仿生微纹理复制，构筑了具有微结构的物理不可复制荧光玻璃标签，通过多层信息加密和存储，给信息装上“安全锁”，取得了光学信息加密存储领域重要进展，相关成果发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。
这一成果最初的灵感，竟然源于一片叶子。
世界上没有两片完全相同的树叶
长期以来，大自然为我们提供了丰富而宝贵的物质资源和独特的功能结构。德国哲学家莱布尼茨说过：“世上没有两片完全相同的树叶。”
一次偶然的情况下，南开大学物理科学学院团队的老师和同学们在电子显微镜下发现，银杏叶的表面犹如不规则起伏的山脉，而荷叶表面却随机分布着许多锥形的微塔。即使是同一片树叶的不同部分也呈现着相似却不完全相同的微结构。这不就是天然的信息密钥吗？
由此为切入点，团队引入了不可克隆函数的概念，利用紫外光固化二氧化硅纳米复合物和天然叶片表面的微结构信息，开发了物理上不可复制的、具有仿生微结构的荧光玻璃标签，实现了可选择性地多级信息存储加密。
图1：（a，b）新鲜银杏叶和荷叶的照片，（c，d）银杏叶和荷叶表面，（e，f）使用银杏叶和荷叶为模板制备的光固化纳米复合膜，以及（g，h）对应的加密介质的扫描电子显微镜图像。
基于玻璃基底的多维信息加密
取得新突破
目前，光存储技术以其巨大的存储容量和低廉的成本成为信息存储的新选择。透明玻璃被认为是三维光学信息存储和多级加密的重要介质。但由于受到玻璃硬度、脆性和熔化温度的影响，基于玻璃基底的多维信息加密方法的发展仍然是一个挑战。
团队研究首次在透明玻璃上同时实现了稀土离子的空间选择性掺杂和仿生微结构复制，通过控制稀土离子的掺杂位置和种类，构筑不可克隆微结构，选择性地进行多级信息加密。
研究团队以南开大学校训和校徽为一级编码信息，用波长为254nm的紫外光照射，可以得到不同颜色的显示图案，图案中，微小细节清晰可见。利用微结构的随机性设计了二级加密信息，搭建了交互式的智能认证平台，便于对加密信息进行提取和认证。
图2：加密和认证机制。（a）在254nm光辐射下，带有特殊图案和文字的单、多稀土选区掺杂标签的照片；（b）仿生微纹理标签数字化的流程图。
团队开发的这种新型三维数据存储和信息加密方式，具有大编码能力、高稳定性、易于生成、不可克隆性和强隐藏功能特征，拓展了发光玻璃的应用领域，为多级信息加密和智能认证提供了一种有效且通用的方法。研究成果将应用于显示照明、信息的存储与加密等生活领域。
南开大学博士研究生杨佳心为论文第一作者，南开大学冯鸣副教授和宋峰教授为共同通讯作者，南开大学为第一完成单位。相关工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目资助。
点击左下角“阅读原文”，可查看论文成果。
NANKAI UNIVERSITY
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来源：南开大学融媒体中心 物理科学学院
记者：闫瑾 刘畅
学生记者：熊凌翌
摄影：于辰浩
编辑：黄绚玮 郭威
审核：吴军辉 李享 刘畅
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