Nu vezi niciodată un păun decolorat. Pene luminoase, iridescente, verzi și albastre nu se albesc în soare sau se decolorează în timp. Asta pentru că culoarea provine din structură, nu din pigment; penele în sine sunt maro și sunt formele minuscule de pe ele care determină lungimile de undă ușoare să interfere între ele, producând culorile pe care le vedeți.
Fenomenul a fost studiat de sute de ani, dar în ultimul deceniu sau mai mult, oamenii de știință au început să construiască acest tip de colorizare în structuri create de om, exemplificate de o lucrare publicată în Science Advances astăzi. Xiaolong Zhu și o echipă de la Universitatea Tehnologică din Danemarca au dezvoltat o metodă care utilizează lasere pentru a construi nanostructuri din germaniu, care reflectă lungimile de undă ale anumitor culori și pot fi utilizate pentru a construi imagini color durabile.
„Cel mai important este că realizăm imprimarea cu rezoluție înaltă cu laser de o mulțime de culori printr-o peliculă foarte subțire de material de germaniu”, spune Zhu.
El îl numește imprimare laser, deși elementele de bază ale culorii structurale prezintă o serie de coloane microscopice pe o suprafață, mai degrabă decât ceea ce credem ca o imprimantă laser normală. Mărimea și forma acestor coloane corespunde lungimii de undă a luminii vizibile, astfel încât doar anumite lungimi de undă pot scăpa prin jgheaburi. Printre materialele fabricate de om, acel substrat este un metal sau un semiconductor. În acest caz, Zhu și echipa sa au pus germaniu peste stâlpi din plastic, devenind primii care au construit astfel de structuri ale unui semiconductor fără metal amestecat.
Acest lucru a conferit un avantaj particular: un laser de mare putere, reglat la frecvența corectă, poate topi selectiv germaniul. Punctul de pornire este o peliculă subțire de germaniu, întinsă pe o suprafață subțire, flexibilă, din plastic, cu coloane circulare microscopice care se extind în sus. Când cercetătorii lovesc coloanele cu laserul, acestea se topesc dintr-un cerc într-o sferă, care schimbă culoarea pe care materialul apare de la roșu la albastru. Întrucât stâlpii au doar 100 de nanometri lățimea, procesul poate furniza până la sau peste 100.000 dpi, ceea ce este în jurul rezoluției maxime teoretic posibile pentru imprimantele laser tradiționale.
Mai bine, gradul de topire poate fi controlat, adică o jumătate de sferă sau o sferă parțială poate arăta o culoare oriunde pe spectrul vizual dintre cele două extreme.
„Ceea ce rezolvă ei cu adevărat aici este o problemă cheie de inginerie care trebuie rezolvată pentru anumite aplicații în culori structurale, și astfel puteți crea un sistem în care puteți scrie un model în culori diferite structurale în diferite puncte din modelul ”, spune Vinothan Manoharan, un profesor de fizică la Harvard al cărui laborator studiază un mijloc diferit de a realiza culoarea structurală bazată pe autoasamblarea nanoparticulelor.
Colorația structurală tipărită ca acestea sunt de dorit pentru durabilitatea lor. La fel ca păunul, nu se vor estompa sau înălbi.
"Nu se va estompa mult timp", spune Zhu. „Acesta este avantajul acestui tip de tehnologie. Cerneala pigmenților se va estompa în timp, în special pentru utilizarea în exterior. "
Un laser a imprimat 127.000 de puncte pe inch în această imagine a Mona Lisa. (Universitatea Tehnică din Danemarca) Deși această metodă necesită un material acoperit de un semiconductor (și nu unul deosebit de ieftin, deși echipa lucrează la înlocuirea germaniei cu siliconul mai ușor disponibil), Zhu spune că stratul de semiconductor este atât de subțire - 35 nanometri - încât imprimarea pe el devine posibil pentru multe aplicații. El menționează mai întâi securitatea și stocarea informațiilor, deoarece rezoluția ridicată și densitatea de informații ridicată permisă prin codificarea în culori se acordă acestora.
Acesta spune că un DVD poate veni cu un model de securitate. Sau, dacă coloanele circulare sunt înlocuite cu cutii pătrate, atunci lumina se polarizează într-un mod anume. Informațiile ar putea fi stocate, dar preluate doar atunci când se află sub lumina polarizată corect. Aceasta ar putea intra în filigrane sau „cerneală” pentru protecția contrafăcută în valute.
Totuși, nu căutați nimic pe rafturi. Zhu și echipa sa încă încearcă să rezolve o problemă complicată, dar importantă: cum să producă lumină verde. Verdele se află în mijlocul spectrului, ceea ce înseamnă că vor trebui să dezvolte structuri pentru a absorbi lumina albastră și roșie. În prezent, acestea dezvoltă nanostructuri mai complicate pentru a face acest lucru, spune Zhu.
„Vor trebui să rezolve alte câteva probleme pentru a realiza aplicațiile pe care doreau să le realizeze”, spune Manoharan. „Acum este un domeniu mare. Există multă muncă în acest spațiu. Există o gamă largă de aplicații pentru culoarea structurală și acesta este motivul pentru care există atât de multe tehnici diferite. Pentru această aplicație, părerea mea personală este că este foarte bună pentru cernelurile de securitate. "
