Теперь, исследователи в Школе Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ), в сотрудничестве с Университетом короля Абдуллы Науки и техники, разработали новую, более прочную и систему эффективности затрат, чтобы построить крупномасштабные метаматериалы со структурным цветом. Исследование описано в журнале Nature Light: Наука и Заявления.Перо павлина или крыло бабочки полагаются на фотонные кристаллы или высоко заказанные множества нановолокон, чтобы произвести цвета.
Репродуцирование тех структур в лаборатории требует точности и дорогой фальсификации. МОРСКИЕ исследователи были вдохновлены совсем другим видом пера.Contingas – одно из самых ярких семейств птиц на планете. В море зеленого Amazon их перья трещат с электрическим блюзом, ярко-оранжевыми и ярко-фиолетовыми оттенками.
В отличие от заказанного множества павлина наноструктур, contingas получают свои яркие оттенки от беспорядочной и пористой наносети кератина, который похож на губку или часть коралла. Когда свет ударяет перо, пористый образец кератина заставляет красные и желтые длины волны уравновешивать друг друга, в то время как синие длины волны света усиливают друг друга.«Обычно, мы связываем идею беспорядка с понятием, что что-то неконтролируемо», сказал Федерико Капассо, профессор Роберта Л. Уоллеса Прикладной Физики и Винтона Хейз Старший Научный сотрудник в Электротехнике в МОРЯХ и старшем автора статьи. «Здесь беспорядок может помещаться в наших интересах и использоваться в качестве параметра дизайна, чтобы создать новый класс метаматериалов с широким спектром funcitionalities и заявлений»
Вдохновленный cotinga пером, исследователи использовали простой процесс гравюры, чтобы создать сложную, но случайную пористую наносеть в металлическом сплаве. Структура была тогда покрыта ультратонким прозрачным слоем глинозема.Вы можете думать, какие виды цветов металлический сплав может произвести кроме серого? Как оказалось, партии.
Начиная с английского ученого 19-го века Майкла Фарадея ученые знали, что металлы содержат множество цветов, но свет не проникает достаточно глубоко, чтобы показать их. Золотая частица, например, в зависимости от ее размера и формы, может быть красной, розовой или даже синей.Пористая наноструктура создает локализованные горячие точки различных цветов в сплаве. Цвет, который отражен локализованными государствами, зависит от толщины прозрачного покрытия.
Без сверхслоя глинозема материал выглядит темным. С покрытием 33 миллимикрона толщиной материал отражает синий свет. На уровне 45 миллимикронов материал покраснел и с покрытием 53 миллимикрона толщиной, материал желтый.
Изменяя толщину покрытия, исследователи могли создать градиент цветов.«Эта ситуация эквивалентна материалу с чрезвычайно большим количеством микроскопических и красочных источников света», сказал Андреа Фраталокки, соответствующий автор статьи и профессор Электротехники; Прикладная Математика и Вычислительная Наука в Университете короля Абдуллы Науки и техники. «Присутствие тонкого слоя окиси может контролировать интенсивность этих источников, коллективно включая и выключая их согласно толщине окисного слоя. Эти демонстрации исследования того, как беспорядочные материалы могут быть превращены в чрезвычайно сильную технологию, которая может позволить крупномасштабные заявления, которые были бы невозможны с обычными СМИ».Метаповерхность чрезвычайно легка и защищена от царапины и могла использоваться в крупномасштабном коммерческом применении, таком как легкие покрытия для автомобильного сектора, биоподражательных тканей и камуфляжа.
«Это – абсолютно новый способ управлять оптическими ответами в метаматериалах», сказал Хеннинг Галинский, co-first автор статьи и бывший постдокторант в группе Capasso. «У нас теперь есть способ спроектировать метаматериалы в очень небольших регионах, которые ранее были слишком небольшими для обычной литографии. Эта система прокладывает путь к крупномасштабным и чрезвычайно прочным метаматериалам, которые взаимодействуют со светом действительно интересными способами».