ТАСС, 18 сентября. Физики обнаружили на стенках разбитого древнеримского сосуда уникальные природные материалы - фотонные кристаллы, которые формировались на протяжении примерно 2 тыс. лет и придали фрагменту стекла переливчатый лазурно-золотой окрас. Об этом в понедельник сообщила пресс-служба Университета Тафтса. Статья с описанием исследования вышла в понедельник в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Этот фрагмент стекла, найденный в окрестностях древнеримского города Аквилея, пролежал в грязи две тысячи лет, в результате чего он превратился в хрестоматийный пример нанофотонного материала. Если мы поймем, как он сформировался, то мы сможем выращивать сложные оптические материалы в лаборатории, а не собирать их по частям, что ускорит их изготовление", - заявил ведущий автор работы, профессор Университета Тафтса Фьоренцо Оменетто, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Фотонными кристаллами ученые называют особо устроенные материалы природного или искусственного происхождения, которые пропускают через себя лишь часть волн света или взаимодействуют только с их частью, что придает им необычные оптические свойства. Подобными свойствами обладают чешуйки крыльев бабочек и панцири насекомых, имеющих "металлическую" окраску, а также драгоценные камни опалы.
Ученые обнаружили среди артефактов из города Аквилея уникальный пример фотонных кристаллов, которые сформировались и под действием природных сил, и в результате деятельности человека. Они совершили это открытие при изучении фрагмента стеклянного сосуда, цвет которого переливался из лазурного в золотой.
Уникальные фотонные кристаллы
Необычный цвет сосуда привлек внимание американских исследователей, посещавших Итальянский технологический институт в Генуе, где был выставлен артефакт. Это побудило американских и итальянских ученых совместно изучить свойства, химический состав и структуру покрытия сосуда при помощи оптических и электронных микроскопов, а также методом лазерной масс-спектрометрии.
Оказалось, что изначально сосуд был окрашен в темно-зеленый цвет, как и многие другие стеклянные изделия античной эпохи, изготовленные из египетского песка. Современный переливчатый окрас стекла оказался связан с тем, что внутри него и на его поверхности сформировалось несколько слоев из фотонных кристаллов: упорядоченных наноструктур с микроскопическими порами, впадинами и выступами.
Предположительно, они возникли в результате периодического выщелачивания стекла, его контакта с влагой и щелочными соединениями почвы и накопления в поврежденных участках поверхности сосуда наночастиц кремнезема. Сложные взаимодействия этих структур со светом приводят к тому, что верхний слой нанопокрытия отражает свет примерно так же хорошо, как настоящее золото, то есть оказывается окрашен в золотой цвет.
Ученые надеются, что дальнейшее изучение естественных фотонных кристаллов поможет воспроизвести и ускорить процесс их формирования в лаборатории. Это позволит значительно упростить производство так называемых брэгговских отражателей, одной из вариаций рукотворных фотонных кристаллов, которые могут найти широкое применение в производстве высококачественных волноводов и оптических сенсоров, подытожили авторы.