Non vedi mai un pavone sbiadito. Le piume luminose, iridescenti, verdi e blu non candeggiano al sole o scoloriscono nel tempo. Questo perché il colore deriva tutto dalla struttura, non dal pigmento; le piume stesse sono marroni, e sono le minuscole forme su di esse che fanno interferire le lunghezze d'onda della luce, producendo i colori che vedi.
Il fenomeno è stato studiato per centinaia di anni, ma negli ultimi dieci anni circa gli scienziati hanno iniziato a costruire questo tipo di colorazione in strutture artificiali, esemplificate da un articolo pubblicato oggi su Science Advances . Xiaolong Zhu e un team dell'Università tecnologica della Danimarca hanno sviluppato un metodo che utilizza i laser per costruire nanostrutture in germanio, che riflettono le lunghezze d'onda di particolari colori e possono essere utilizzate per costruire immagini a colori durevoli.
"La cosa più importante è che eseguiamo la stampa laser ad alta risoluzione di molti colori con un film molto sottile di materiale al germanio", afferma Zhu.
La chiama stampa laser, sebbene le basi del colore strutturale presentino una serie di colonne microscopiche su una superficie piuttosto che quella che noi consideriamo una normale stampante laser. La dimensione e la forma di quelle colonne corrispondono alla lunghezza d'onda della luce visibile in modo tale che solo determinate lunghezze d'onda possano sfuggire ai trogoli. Tra i materiali artificiali, quel substrato è un metallo o un semiconduttore. In questo caso, Zhu e il suo team hanno depositato germanio su pilastri di plastica, diventando il primo a costruire tali strutture di un semiconduttore senza metallo miscelato.
Ciò ha conferito un vantaggio particolare: un laser ad alta potenza, sintonizzato sulla giusta frequenza, può fondere selettivamente il germanio. Il punto di partenza è un sottile film di germanio, allungato su una superficie sottile, flessibile e di plastica, con microscopiche colonne circolari che si estendono verso l'alto. Quando i ricercatori colpiscono le colonne con il laser, si sciolgono da un cerchio a una sfera, il che cambia il colore che il materiale appare dal rosso al blu. Poiché i pilastri sono larghi solo 100 nanometri, il processo può fornire fino a 100.000 dpi o oltre, il che è teoricamente intorno alla massima risoluzione possibile per le stampanti laser tradizionali.
Meglio ancora, anche il grado di fusione è controllabile, il che significa che una mezza sfera, o una sfera parziale, può mostrare un colore in qualsiasi punto dello spettro visivo tra i due estremi.
"Quello che stanno davvero risolvendo qui è un problema ingegneristico chiave che deve essere risolto per alcune applicazioni in colore strutturale, ed è così che puoi creare un sistema in cui puoi scrivere un modello in esso come colori strutturali diversi in punti diversi in lo schema ”, afferma Vinothan Manoharan, professore di fisica ad Harvard, il cui laboratorio studia un modo diverso di creare un colore strutturale basato sull'autoassemblaggio di nanoparticelle.
Colorazioni strutturali stampabili come queste sono desiderabili per la loro durata. Come il pavone, non si sbiadiranno o candeggeranno.
"Non svanirà per molto tempo", dice Zhu. “Questo è il vantaggio di questo tipo di tecnologia. L'inchiostro dei pigmenti si sbiadirà nel tempo, soprattutto per l'uso esterno. "
Un laser stampato 127.000 punti per pollice in questa immagine della Gioconda. (Università tecnica della Danimarca) Mentre questo metodo richiede un materiale sormontato da un semiconduttore (e non particolarmente economico, anche se il team sta lavorando per sostituire il germanio con il silicio più facilmente disponibile), Zhu afferma che lo strato di semiconduttore è così sottile - 35 nanometri - che la stampa su di esso diventa fattibile per molte applicazioni. Egli menziona innanzitutto la sicurezza e l'archiviazione delle informazioni, poiché l'alta risoluzione e l'elevata densità di informazioni consentite dalla codifica a colori si prestano a questi.
Un DVD potrebbe venire con un modello di sicurezza, dice. Oppure, se le colonne circolari vengono sostituite con caselle quadrate, la luce si polarizza in un modo particolare. Le informazioni potrebbero essere memorizzate, ma recuperate solo sotto la luce polarizzata correttamente. Ciò potrebbe farsi strada in filigrane o "inchiostro" per la protezione contraffatta nelle valute.
Non cercare presto nulla sugli scaffali. Zhu e il suo team stanno ancora cercando di risolvere un problema difficile ma importante: come produrre il via libera. Il verde è al centro dello spettro, il che significa che dovranno sviluppare strutture per assorbire sia la luce blu che rossa. Attualmente stanno sviluppando nanostrutture più complicate per farlo, afferma Zhu.
"Dovranno risolvere alcuni altri problemi al fine di ottenere le applicazioni che volevano ottenere", afferma Manoharan. “Questo è un grande campo ora. C'è molto lavoro in questo spazio. C'è una vasta gamma di applicazioni per il colore strutturale, e questo è il motivo per cui ci sono così tante tecniche diverse. Per questa applicazione, la mia opinione personale è che è davvero buono per gli inchiostri di sicurezza. "
