Plasmonischer Druck Die Geheimsprache der Farben

Ein Bild drucken und die Farben im Nachhinein verändern: Möglich wird das mit dem plasmonischem Druck und Tinte, die auf winzige Metallteilchen gedruckt wird. Diese Farbumkehrung wieder rückgängig machen, ist auch möglich. Eine neue Verschlüsselungstechnik ist geboren und wird auch Fälschern das Handwerk legen.

Wie funktioniert plasmonischer Druck?

Sogenannte plasmonische Drucke sind wesentlich höher aufgelöst als herkömmlich gedruckte Bilder, ihre Auflösung erreicht 100.000 Bildpunkte pro Zoll. Durch Nano-Metallpartikel in der Tinte entstehen die Farben auf der Oberfläche dieser Metallpartikel. Licht bringt auf dieser Oberfläche Elektronen zum Schwingen. Forscher des Max-Planck-Instituts für intelligente Systeme können diese Farben nachträglich mit Hilfe von Wasserstoff verändern, verschwinden lassen und diese Prozedur wieder umkehren. Diese Technik könnte das Verschlüsseln von Informationen und fälschungssichere Authentifizierungsmerkmale ermöglichen.

Das Schwingen der Elektronen auf den Metallteilchen wird durch die Absorption einfallender elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Je kleiner die Metallteilchen sind, desto kürzer wird die Wellenlänge der absorbierten Strahlung. Der nicht absorbierte Teil wird reflektiert. Diese Reflektion sorgt für das Farbenspiel und nennt sich Plasmonen.

Dieser Effekt nutzt der plasmonische Druck: Metallpartikel werden maßgeschneidert - in quadratischer Form und mit einer Kantenlänge von wenigen hundert Nanometern - und gezielt auf einem Untergrund drapiert. Das Drapieren spielt eine wichtige Rolle, denn der Abstand von den Teilchen untereinander und deren Größe bestimmen, welche Farbe das Metall beim Einfall des Lichts annimmt.

Die Chemie macht die Magie

Die Wissenschaftler wollen den plasmonischen Druck nun dynamisch gestalten. Die Pixel sollen ihre Farbe definiert ändern können. Das Zaubermittel dazu ist Magnesium: Es reagiert mit Wasserstoff zu Magnesiumdihydrid. Die Metallpixel werden also durch Magnesiumteilchen ersetzt. Während des kontinuierlichem Zufügens des Wasserstoffs können sich die Farben der einzelnen Pixel zum Teil mehrmals ändern.

Diesen Farbwechsel und seine Geschwindigkeit bestimmen die Größe und der Abstand der einzelnen Magnesiumteilchen und ebenfalls die Menge des Wasserstoffs. Bei höchster Wasserstoffsättigung reflektiert die Farbe weißes Licht, sodass sie unsichtbar wird. Dieser Verlauf kann umgekehrt werden, indem der Wasserstofffluss durch einen Strom aus Sauerstoff ersetzt wird.

Geheimschriften und Fälschungsschutz

Für eine chemische Verschlüsselungstechnik formten die Forscher die Magnesiumteilchen in Buchstaben und fügten wieder den Wasserstoff hinzu. Manche der Buchstaben wurden dabei unsichtbar. Die Buchstaben, die sichtbar bleiben sollten, wurden zuvor mit einer hauchdünnen Oxidschicht überzogen. Für Wasserstoff ist sie undurchdringbar, dabei gleichzeitig dünn genug, dass Licht sie noch durchdringen kann. So blieben diese Magnesium-Buchstaben sichtbar.

Für eine geheime Botschaft könnten auf diese Weise Informationen innerhalb von unwichtigen Informationen kaschiert werden. Beispielsweise gibt man den Ort Wiesbaden an, obwohl Wien gemeint ist. Nur der eingeweihte Empfänger der Botschaft weiß, wie er die überflüssigen Buchstaben verschwinden lassen kann, um den richtigen Ort herauszubekommen.

Auch gegen Fälschungen könnte die Technik eingesetzt werden. Plasmonische Sicherheitsmerkmale auf Banknoten oder auch Medikamentenpackungen könnten später nur unter konkreten, Fälschern nicht bekannten Bedingungen überprüft oder ausgelesen werden.