В мире производится огромное количество подделок. Если верить исследованию, которое приводит Евразийская экономическая комиссия, в 2022 году общий ущерб от торговли контрафактом достигнет почти 5 трлн долларов. Подделывают все: дорогие часы, бытовую технику, одежду, еду, лекарства.

«В докладе всемирной организации здравоохранения говорится, что сейчас около 10% всех лекарств – это контрафакт, ― рассказывает старший научный сотрудник Нового Физтеха Университета ИТМО Дмитрий Зуев. ― И это большая проблема. Если посмотреть на бедные страны, то там дешевые поддельные лекарства вызывают большое количество смертей».

Не удивительно, что компании по всему миру ищут возможности как можно надежнее защитить свои товары от подделок. Специалисты придумывают все новые степени защиты: QR-коды, наклейки, защитные метки, голограммы. Однако все эти меры решают проблему только на время. Как только компания представляет новый способ подтвердить подлинность товара, злоумышленники начинают думать, как его скопировать. Чтобы оставлять «пиратов» позади производители должны использовать все более сложные приспособления.

Наклейка из кремния

Ученые Университета ИТМО совместно с коллегами из Алферовского университета, Института автоматики и процессов управления РАН, а также Дальневосточного Федерального Университета предложили новую защитную метку для маркировки подлинных товаров. Она создается из полупроводникового материала с помощью лазера. При этом проверить ее подлинность можно только с помощью специального оборудования.

«С помощью электронного пучка мы разогревали кремний в камере с высоким вакуумом. Спустя некоторое время молекулы кремния осаждались на поверхность подложки тонким слоем нужной нам толщины. Затем, таким же методом мы осаждаем слой эрбия, для дальнейшего внедрения его примесей», ― рассказывает младший научный сотрудник Алферовского университета Лилия Дворецкая.

Полученные двухслойные пленки служили в качестве исходной системы для последующей записи защитной метки лазерным излучением. 

«В нашей работе мы использовали тонкопленочные кремниевые структуры, в которые мы локально добавили ионы редкоземельного металла эрбия ― рассказывает первый автор работы, аспирант Нового Физтеха Университета ИТМО Артем Ларин. ― Эти ионы встраиваются в кремний под действием лазерного излучения. Проще говоря, с помощью лазерной обработки мы делаем рисунок из микроотверстий, содержащих люминесцентный материал».

Однако нанесение «рисунка» с помощью ионов эрбия ― это только начало работы. После этого в образце делается множество отверстий, которые эрбий не содержат. 

«Если посмотреть в микроскоп с высоким увеличением, то мы просто увидим набор отверстий в пленке, которые визуально никак не отличаются друг от друга, ― рассказывает Дмитрий Зуев, ― но если посветить зеленым лазером, то отдельные отверстия начинают люминесцировать в инфракрасном диапазоне, невидимом глазу. Причем спектр уникальный, его дает только эрбий. И вот эти светящиеся отверстия формируют изображение, которое мы записали как защитную метку и дополнительно замаскировали вспомогательным набором несветящихся (обманных) отверстий».

Как это работает

Увидеть спрятанный таким образом рисунок просто так не получится ― для этого нужны зеленый лазер и инфракрасный детектор. Поэтому такая система нацелена на крупные склады и логистические центры, для которых борьба с контрафактом особенно актуальна, и которые готовы вкладывать ресурсы  в это направление.

Благодаря этому метка дольше сможет оставаться неизвестной злоумышленникам. Чтобы узнать ее характеристики, «пиратам» придется проникнуть в систему поставок, ознакомиться с оборудованием и методами чтения. Еще надежнее метку делает тот факт, что у нее сразу несколько настраиваемых характеристик.   

«Метка основана на фотолюминесценции ионов эрбия, которая характеризуется несколькими параметрами: интенсивность, длина волны, и время излучения. Комбинация этих параметров позволяет создавать дополнительные уровни защиты. Поэтому человек, который получит изображение метки с помощью ИК-сенсора, может дополнительно считать информацию, содержащую параметры фотолюминесценции. Это обеспечивает дополнительную защиту от злоумышленников», ― объясняет Артем Ларин.   

При этом новая метка устойчива к химическому и физическому воздействию, долговечна и допускает многократность считывания. «Потенциально такую метку можно сформировать на гибкой основе, что дополнительно увеличивает ее привлекательность при внедрении  в реальный сектор экономики», ― дополняет Иван Мухин, заведующий лабораторией в Алферовском университете, научный сотрудник ИТМО. 

Проведенные исследования поддержаны грантами РФФИ (18-29-20107 мк) и РНФ (19-19-00691). 

Artem O. Larin, Liliia N. Dvoretckaia, Alexey M. Mozharov, Ivan S. Mukhin, Artem B. Cherepakhin, Ivan I. Shishkin, Eduard I. Ageev, Dmitry A. Zuev Luminescent Erbium‐Doped Silicon Thin Films for Advanced Anti‐Counterfeit Labels. Advanced Materials, 2021/10.1002/adma.202005886