Ποτέ δεν βλέπετε ένα ξεθωριασμένο παγώνι. Τα φωτεινά, ιριδίζοντα, πράσινα και μπλε φτερά δεν λευκώνουν στον ήλιο ή δεν αποχρωματίζουν την πάροδο του χρόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή το χρώμα προέρχεται από τη δομή, όχι από το χρωματισμό. τα ίδια τα φτερά είναι καφέ, και είναι τα μικροσκοπικά σχήματα που προκαλούν τα μήκη κύματος του φωτός να παρεμβαίνουν μεταξύ τους, παράγοντας τα χρώματα που βλέπετε.
Το φαινόμενο έχει μελετηθεί εδώ και εκατοντάδες χρόνια, αλλά κατά την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες έχουν αρχίσει να κατασκευάζουν αυτόν τον τύπο χρωματισμού σε ανθρωπογενείς δομές, όπως επεξηγείται από ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Science Advances . Ο Xiaolong Zhu και μια ομάδα στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Δανίας ανέπτυξαν μια μέθοδο που χρησιμοποιεί λέιζερ για την κατασκευή νανοδομών από γερμάνιο, οι οποίες αντικατοπτρίζουν τα μήκη κύματος συγκεκριμένων χρωμάτων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ανθεκτικών έγχρωμων εικόνων.
"Το πιο σημαντικό είναι ότι κάνουμε εκτύπωση λέιζερ υψηλής ανάλυσης με πολλά χρώματα από μια πολύ λεπτή ταινία υλικού γερμανού", λέει ο Zhu.
Ονομάζει εκτύπωση λέιζερ, αν και τα βασικά στοιχεία του δομικού χρώματος παρουσιάζουν μια σειρά από μικροσκοπικές στήλες σε μια επιφάνεια και όχι αυτό που θεωρούμε ως κανονικό εκτυπωτή λέιζερ. Το μέγεθος και το σχήμα αυτών των στηλών αντιστοιχεί στο μήκος κύματος του ορατού φωτός με τέτοιο τρόπο ώστε μόνο ορισμένα μήκη κύματος να μπορούν να ξεφύγουν από τις κοιλότητες. Μεταξύ τεχνητών υλικών, το υπόστρωμα είναι μέταλλο ή ημιαγωγός. Στην περίπτωση αυτή, ο Zhu και η ομάδα του έβαλαν γερμάνιο πάνω σε πλαστικούς πυλώνες, καθιστώντας τον πρώτο που χτίζονταν τέτοιες δομές ενός ημιαγωγού χωρίς να αναμιγνύεται μέταλλο.
Αυτό πρόσφερε ένα ιδιαίτερο πλεονέκτημα: Ένα λέιζερ υψηλής ισχύος, συντονισμένο στη σωστή συχνότητα, μπορεί να λιώσει επιλεκτικά το γερμάνιο. Το σημείο εκκίνησης είναι ένα λεπτό φιλμ γερμανίου, που απλώνεται πάνω από μια λεπτή, εύκαμπτη, πλαστική επιφάνεια, με μικροσκοπικές κυκλικές στήλες που εκτείνονται προς τα πάνω. Όταν οι ερευνητές χτυπούν τις στήλες με το λέιζερ, λιώνουν από έναν κύκλο σε μια σφαίρα, η οποία αλλάζει το χρώμα που το υλικό εμφανίζεται από το κόκκινο στο μπλε. Καθώς οι πυλώνες έχουν πλάτος μόλις 100 νανομέτρων, η διαδικασία μπορεί να παρέχει μέχρι και 100.000 dpi, η οποία είναι περίπου η μέγιστη δυνατή ανάλυση για τους παραδοσιακούς εκτυπωτές λέιζερ.
Ακόμη καλύτερα, ο βαθμός τήξης είναι επίσης ελεγχόμενος, πράγμα που σημαίνει ότι η μισή σφαίρα ή μια μερική σφαίρα μπορεί να δείξει χρώμα οπουδήποτε στο οπτικό φάσμα μεταξύ των δύο άκρων.
"Αυτό που πραγματικά λύουν εδώ είναι ένα βασικό πρόβλημα μηχανικής που πρέπει να λυθεί για ορισμένες εφαρμογές σε δομικό χρώμα και έτσι μπορείτε να δημιουργήσετε ένα σύστημα όπου μπορείτε να γράψετε ένα πρότυπο σε αυτό ως διαφορετικά δομικά χρώματα σε διαφορετικά σημεία το πρότυπο ", λέει ο Vinothan Manoharan, καθηγητής φυσικής στο Χάρβαρντ, του οποίου το εργαστήριο μελετά ένα διαφορετικό μέσο κατασκευής δομικού χρώματος με βάση την αυτοσυναρμολόγηση των νανοσωματιδίων.
Οι εκτυπώσιμοι δομικοί χρωματισμοί όπως αυτοί είναι επιθυμητοί για την αντοχή τους. Όπως και το παγώνι, δεν θα ξεθωριάσουν ή θα λευκανθούν.
"Δεν θα ξεθωριάσει για πολύ καιρό", λέει ο Zhu. "Αυτό είναι το πλεονέκτημα αυτού του είδους τεχνολογίας. Η μελάνη των χρωστικών θα εξασθενίσει με την πάροδο του χρόνου, ειδικά για εξωτερική χρήση. "
Ένα λέιζερ έγραψε 127.000 κουκίδες ανά ίντσα σε αυτή την εικόνα της Mona Lisa. (Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας) Ενώ αυτή η μέθοδος απαιτεί ένα υλικό που ολοκληρώνεται από ένα ημιαγωγό (και όχι ένα ιδιαίτερα φτηνό, αν και η ομάδα προσπαθεί να αντικαταστήσει το γερμάνιο με το πιο εύκολα διαθέσιμο πυρίτιο), ο Zhu λέει ότι το στρώμα ημιαγωγού είναι τόσο λεπτό - 35 νανόμετρα - γίνεται εφικτή για πολλές εφαρμογές. Αναφέρει πρώτα την ασφάλεια και την αποθήκευση πληροφοριών, επειδή η υψηλή ανάλυση και η υψηλή πυκνότητα πληροφορίας που επιτρέπεται με την κωδικοποίηση χρώματος προσφέρονται σε αυτά.
Ένα DVD μπορεί να έρθει με ένα μοτίβο ασφαλείας, λέει. Ή, αν οι κυκλικές στήλες αντικατασταθούν με τετράγωνα πλαίσια, τότε το φως πολώνεται σε ένα συγκεκριμένο τρόπο. Οι πληροφορίες μπορούν να αποθηκευτούν, αλλά να ανακτηθούν μόνο όταν βρίσκονται κάτω από το σωστά πολωμένο φως. Αυτό θα μπορούσε να κάνει το δρόμο του σε υδατογραφήματα ή "μελάνι" για την πλαστογραφία σε νομίσματα.
Μην ψάχνετε για τίποτα στα ράφια σύντομα όμως. Ο Ζου και η ομάδα του προσπαθούν ακόμα να λύσουν ένα δύσκολο αλλά σημαντικό πρόβλημα: πώς να παράγει πράσινο φως. Το πράσινο είναι στη μέση του φάσματος, που σημαίνει ότι θα πρέπει να αναπτύξουν δομές για να απορροφήσουν το μπλε και το κόκκινο φως. Αυτή τη στιγμή αναπτύσσουν πιο περίπλοκες νανοδομές για να το κάνουν αυτό, λέει ο Zhu.
«Θα πρέπει να λύσουν κάποια άλλα προβλήματα για να επιτύχουν τις εφαρμογές που θέλουν να επιτύχουν», λέει ο Manoharan. "Αυτό είναι ένα μεγάλο πεδίο τώρα. Υπάρχει πολλή δουλειά σε αυτό το διάστημα. Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών για δομικό χρώμα, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν τόσες πολλές διαφορετικές τεχνικές. Για αυτήν την εφαρμογή, προσωπική μου άποψη είναι ότι είναι πολύ καλό για μελάνια ασφαλείας. "
