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偽造不可能なマイクロ光認証デバイスを開発 ~全てのピクセルに異なるスペクトル指紋を付与~

 筑波大学と立教大学は2020年5月22日,筑波大学数理物質系 山本 洋平教授,同大学院数理物質科学研究科 岡田 大地氏(研究当時,現 国立研究開発法人理化学研究所研究員)らが,立教大学理学部 森本 正和教授,同未来分子研究センター 入江 正浩客員研究員・副センター長,国立研究開発法人物質・材料研究機構 長尾 忠昭グループリーダーら,およびライプニッツ光技術研究所(ドイツ)との共同研究により,偽造不可能なマイクロ光認証デバイスを開発した,と発表した.本研究は,文部科学省の科学研究費補助金「新学術領域研究」,TIAかけはしなどの助成を受けて行われ,研究の成果は英国王立化学会発行のMaterials Horizons誌にオンライン掲載された(注).

 IT機器を安全に利用するため,偽造・複製が困難な認証方法が求められている.これに対し,「画像を構成する全てのピクセルに指紋を持たせて偽造を不可能にする」技術が開発された.画素に使われた材料はジアリールエテン(DAE)である.この分子は紫外線を照射すると閉環構造をとり黄色の蛍光を発するが,可視光を長時間照射すると閉環構造から開環構造に変わり蛍光発光しなくなるという特性を有しており,光メモリなどへの応用が期待されている.研究グループは,DAEで「ささやきの回廊(Whispering Gallery Mode:WGM)共鳴発光」するマイクロ光共振器を作成した.WGM共鳴とは,ドーム内のささやきが音波の共鳴効果で遠方まではっきり伝わる現象で,光共振器では内部に閉じ込められた光のうち共鳴する波長成分だけが増幅される現象である.研究グループは,基板上に親水性部分と疎水性部分からなる格子状マイクロパターンを描き,その上にDAEの溶液を置いて自然乾燥した.それにアニールや溶剤浸漬などで自己組織化を促進すると,親水性部分に囲まれた疎水性部分に,直径5μm程度の歪んだ球状マイクロ粒子(マイクロディスク)が生成し,DAEマイクロディスクアレイが得られる.このマイクロ粒子はそれぞれの形状が微妙に異なり,それにより共鳴波長も異なるため,蛍光スペクトルにもそれぞれに特徴的なパターン(指紋)が現れる.このDAEマイクロディスクアレイにフォトマスクを使い,紫外線で絵画を描くことが可能である.異なるマイクロディスクアレイに描かれた2枚の絵は,一見同じ絵であっても特定画素のスペクトルは異なるから完全な複製にはならない.研究グループは1.6×2.7mm2のモナリザを2枚描き,同一箇所の画素のスペクトルが一致しないことを確かめて偽造不可能を実証している.

 本研究のDAEマイクロディスクアレイを使い,マイクロパターンの識別(例えばマイクロQRコード)と,各ピクセルのWGM指紋パターンの識別という2ステップの認証を行うことで,偽造・複製が実質的に困難な光認証デバイスを構築できるという.

(注)Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Jer-Shing Huang, Osamu Oki, Masakazu Morimoto, Xuying Liu, Takeo Minari, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro Irie, Yohei Yamamoto, "Optical microresonator arrays of fluorescence-switchable diarylethenes with unreplicable spectral fingerprints", Materials Hori-zons, 2020 Advance Article, DOI: 10.1039/D0MH00566E; First published on 6th May 2020